TY - JOUR A1 - Willms, Herbert T1 - Regelung eines H2/O2-Dampferzeugers mit Hilfe eines modifizierten Zirkondioxid-Sensors JF - Chemie Ingenieur Technik Y1 - 1993 SN - 0009-286X VL - 65 IS - 8 SP - 954 EP - 956 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Hagemann, Hans-Jürgen A1 - Gudat, W. A1 - Kunz, C. T1 - Photoabsorption coefficient of alloys of Al with transition metals V, Fe, Ni and Cu and Pr from 30 to 150 eV photon energy JF - Physica status solidi b N2 - The absorption coefficient of VAI3, FeAI, NiAI, NiAl2, CuAI2, PrAl2, and of disordered V–AI (16 at% AI, 28%, 41%) and Fe–AI (11%) alloys has been measured in the region of the M₂,₃ absorption of the transition metals and the Labsorption of AI. The strong changes of the AI spectrum in the region of the 100 eV maximum upon alloying are explained as another evidence of the EXAFS (extended X-ray absorption fine structure) nature of these structures. The broad, prominent absorption peaks from the 3p excitations in V and Fe and from the 4d excitations in Pr are influenced only little on allyoing and thus appear to be of atomic origin. The fine structure at the onset of the Pr 4d transitions is identical in the metal and the alloy but differs from that of Pr oxide. The only M₂,₃ edge which is detectably shifted is that of Ni (up to 2.1 eV), whereas the onset of the AI L₂,₃ edge is shifted in all the alloys (up to 1.1 eV). The shifts are interpreted in accordance with X-ray fluorescence and nuclear resonance measurements as changes of the density of states in the valence band of the alloys. Y1 - 1976 SN - 0031-8957 U6 - https://doi.org/10.1002/pssb.2220740211 N1 - weitere ISSN 0370-1972 VL - 74 IS - 2 SP - 507 EP - 521 PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Murib, Mohammed S. A1 - Tran, Anh Quang A1 - Ceuninck, Ward de A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Nesladek, Milos A1 - Serpengüzel, Ali A1 - Wagner, Patrick T1 - Analysis of an optical biosensor based on elastic light scattering from diamond-, glass-, and sapphire microspheres JF - Physica Status Solidi A N2 - Deoxyribonucleic acid (DNA) and protein recognition are now standard tools in biology. In addition, the special optical properties of microsphere resonators expressed by the high quality factor (Q-factor) of whispering gallery modes (WGMs) or morphology dependent resonances (MDRs) have attracted the attention of the biophotonic community. Microsphere-based biosensors are considered as powerful candidates to achieve label-free recognition of single molecules due to the high sensitivity of their WGMs. When the microsphere surface is modified with biomolecules, the effective refractive index and the effective size of the microsphere change resulting in a resonant wavelength shift. The transverse electric (TE) and the transverse magnetic (TM) elastic light scattering intensity of electromagnetic waves at 600 and 1400 nm are numerically calculated for DNA and unspecific binding of proteins to the microsphere surface. The effect of changing the optical properties was studied for diamond (refractive index 2.34), glass (refractive index 1.50), and sapphire (refractive index 1.75) microspheres with a 50 µm radius. The mode spacing, the linewidth of WGMs, and the shift of resonant wavelength due to the change in radius and refractive index, were analyzed by numerical simulations. Preliminary results of unspecific binding of biomolecules are presented. The calculated shift in WGMs can be used for biomolecules detection. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201100795 SN - 1862-6319 N1 - Special Issue: "Fundamentals and Applications of Diamond" VL - 209 IS - 9 SP - 1804 EP - 1810 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Werner, Frederik A1 - Wagner, Torsten A1 - Yoshinobu, Tatsuo A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Frequency behaviour of light-addressable potentiometric sensors JF - Physica Status Solidi (A) N2 - Light-addressable potentiometric sensors (LAPS) are semiconductor-based potentiometric sensors, with the advantage to detect the concentration of a chemical species in a liquid solution above the sensor surface in a spatially resolved manner. The addressing is achieved by a modulated and focused light source illuminating the semiconductor and generating a concentration-depending photocurrent. This work introduces a LAPS set-up that is able to monitor the electrical impedance in addition to the photocurrent. The impedance spectra of a LAPS structure, with and without illumination, as well as the frequency behaviour of the LAPS measurement are investigated. The measurements are supported by electrical equivalent circuits to explain the impedance and the LAPS-frequency behaviour. The work investigates the influence of different parameters on the frequency behaviour of the LAPS. Furthermore, the phase shift of the photocurrent, the influence of the surface potential as well as the changes of the sensor impedance will be discussed. Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201200929 SN - 1521-396X ; 0031-8965 VL - 210 IS - 5 SP - 884 EP - 891 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Spelthahn, Heiko A1 - Kirsanov, Dmitry A1 - Legin, Andrey A1 - Osterrath, Thomas A1 - Schubert, Jürgen A1 - Zander, Willi A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Development of a thin-film sensor array for analytical monitoring of heavy metals in aqueous solutions JF - Physica Status Solidi (a) N2 - In industrial processes there is a variety of heavy metals (e.g., copper, zinc, cadmium, and lead) in use for wires, coatings, paints, alloys, batteries, etc. Since the application of these transition metals for industry is inevitable, it is a vital task to develop proper analytical techniques for their monitoring at low activity levels, especially because most of these elements are acutely toxic for biological organisms. The determination of ions in solution by means of a simple and inexpensive sensor array is, therefore, a promising task. In this work, a sensor array with heavy metal-sensitive chalcogenide glass membranes for the simultaneous detection of the four ions Ag⁺, Cu2⁺, Cd2⁺, and Pb2⁺ in solution is realized. The results of the physical characterization by means of microscopy, profilometry, Rutherford backscattering spectroscopy (RBS), and scanning electron microscopy (SEM) as well as the electrochemical characterization by means of potentiometric measurements are presented. Additionally, the possibility to expand the sensor array by polymeric sensor membranes is discussed. Y1 - 2012 SN - 1862-6319 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201100733 VL - 209 IS - 5 SP - 885 EP - 891 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Spelthahn, Heiko A1 - Schubert, Jürgen A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Dünnschichtsensoren für die Schwermetallanalytik JF - GIT : Labor-Fachzeitschrift N2 - Die Detektion von Schadstoffen repräsentiert in der Umweltanalytik eine wichtige Aufgabenstellung. Gerade die Abwasser- bzw. Brauchwasseranalytik sowie die Prozesskontrolle haben einen hohen Stellenwert. Siliziumbasierte Dünnschichtsensoren bieten eine kostengünstige Möglichkeit, „online“-Messungen bzw. Vor-Ort-Messungen zeitnah durchzuführen. In dieser Arbeit wird ein potentiometrisches Sensorarray auf der Basis von Chalkogenidgläsern zur Detektion von Schwermetallen in wässrigen Medien vorgestellt. Y1 - 2012 SN - 0016-3538 VL - 56 IS - 4 SP - 285 EP - 287 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Werner, Frederik A1 - Groebel, Simone A1 - Krumbe, Christoph A1 - Wagner, Torsten A1 - Selmer, Thorsten A1 - Yoshinobu, Tatsuo A1 - Baumann, Marcus A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Nutrient concentration-sensitive microorganism-based biosensor JF - Physica Status Solidi (a) Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201100801 SN - 1862-6319 VL - 209 IS - 5 SP - 900 EP - 904 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Kirchner, Patrick A1 - Reisert, Steffen A1 - Pütz, Patrick A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Characterisation of polymeric materials as passivation layer for calorimetric H2O2 gas sensors JF - Physica Status Solidi (a) N2 - Calorimetric gas sensors for monitoring the H₂O₂ concentration at elevated temperatures in industrial sterilisation processes have been presented in previous works. These sensors are built up in form of a differential set-up of a catalytically active and passive temperature-sensitive structure. Although, various types of catalytically active dispersions have been studied, the passivation layer has to be established and therefore, chemically as well as physically characterised. In the present work, fluorinated ethylene propylene (FEP), perfluoralkoxy (PFA) and epoxy-based SU-8 photoresist as temperature-stable polymeric materials have been investigated for sensor passivation in terms of their chemical inertness against H₂O₂, their hygroscopic properties as well as their morphology. The polymeric materials were deposited via spin-coating on the temperature-sensitive structure, wherein spin-coated FEP and PFA show slight agglomerates. However, they possess a low absorption of humidity due to their hydrophobic surface, whereas the SU-8 layer has a closed surface but shows a slightly higher absorption of water. All of them were inert against gaseous H₂O₂ during the characterisation in H₂O₂ atmosphere that demonstrates their suitability as passivation layer for calorimetric H₂O₂ gas sensors. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201100773 SN - 1862-6319 VL - 209 IS - 5 SP - 859 EP - 863 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Grüters, Hugo T1 - Isotrope, homogene Lösung des anisotropen, inhomogenen Plattenproblems JF - Zeitschrift für angewandte Mathematik und Mechanik : ZAMM Y1 - 1975 U6 - https://doi.org/10.1002/zamm.19750550405 SN - 0044-2267 VL - 55 IS - 4 (Special Issue) SP - T91 EP - T93 PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Grüters, Hugo T1 - Iterative Lösung von Lastspannungsproblemen in anisotropen Körpern JF - Zeitschrift für angewandte Mathematik und Mechanik : ZAMM Y1 - 1974 SN - 0044-2267 U6 - https://doi.org/10.1002/zamm.19740541230 VL - 54 IS - 12 SP - T79 EP - T80 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Grüters, Hugo T1 - Berechnung des Spannungszustandes in homogenen Scheiben aus anisotrop-elastischem Material JF - Zeitschrift für angewandte Mathematik und Mechanik : ZAMM Y1 - 1972 SN - 0044-2267 U6 - https://doi.org/10.1002/zamm.19720521105 VL - 52 IS - 11 SP - T127 EP - T128 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Zastrow, Udo T1 - Zur Berechnung anisotroper Scheiben durch singuläre Integralgleichungen JF - ZAMM - Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik. Y1 - 1978 SN - 1521-4001 U6 - https://doi.org/10.1002/zamm.19780580605 VL - 58 IS - 6 SP - T132 EP - T133 PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Mukherjee, Krishnendu A1 - Prahl, Ulrich A1 - Bleck, Wolfgang A1 - Reisgen, Uwe A1 - Schleser, Markus A1 - Abdurakhmanov, Aydemir T1 - Characterization and modelling techniques for gas metal arc welding of DP 600 sheet steels JF - Materialwissenschaft und Werkstofftechnik N2 - The objectives of the present work are to characterize the Gas Metal Arc Welding process of DP 600 sheet steel and to summarize the modelling techniques. The time-temperature evolution during the welding cycle was measured experimentally and modelled with the softwaretool SimWeld. To model the phase transformations during the welding cycle dilatometer tests were done to quantify the parameters for phase field modelling by MICRESS®. The important input parameters are interface mobility, nucleation density, etc. A contribution was made to include austenite to bainite transformation in MICRESS®. This is useful to predict the microstructure in the fast cooling segments. The phase transformation model is capable to predict the microstructure along the heating and cooling cycles of welding. Tensile tests have shown the evidence of failure at the heat affected zone, which has the ferrite-tempered martensite microstructure. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/mawe.201000692 SN - 1521-4052 VL - 41 IS - 11 SP - 972 EP - 983 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Reisgen, Uwe A1 - Schleser, Markus A1 - Jerabek, Jakub A1 - Chudoba, Rostislav T1 - Messung der Strahlqualität einer Elektronenstrahlanlage in Umgebungsatmosphäre JF - Materialwissenschaft und Werkstofftechnik N2 - In den letzten Jahrzehnten hat das Elektronenstrahlschweißen, das bereits im größeren Maßstab verwendet wird, seine Fähigkeit als qualitatives Werkzeug für die Verbindung verschiedener Materialen nachgewiesen. Das Non Vacuum Electron Beam Welding (NV-EBW) hat zahlreiche Vorteile im Vergleich zum Elektronenstrahlschweißen im Vakuum, da man unter normalem Atmosphärendruck arbeiten kann. Im Hinblick auf die reproduzierbare Qualität, insbesondere im Bereich der Massen-Fertigung, ist die Kontrolle der Strahlparameter sowie deren Einfluss auf das Schweißergebnis von großer Bedeutung. Durch eine genaue Kenntnis der Strahlkenngrößen wie des Strahldurchmessers und der Leistungsdichteverteilung kann eine Aussage über die sich ausbildende Schweißnaht sowie die Schweißbaddynamik getroffen werden. Messungen der Strahlkenngrößen im Prozess erlauben insbesondere die Untersuchung von Humping-Effekten. In diesem Beitrag wird der Prozess der Elektronenstrahlvermessung unter atmosphärischen Bedingungen beschrieben. Es wird zudem die Abhängigkeit der Elektronenstrahlcharakteristika von den verschiedenen Prozessparametern dargestellt. Y1 - 2010 SN - 1521-4052 VL - 41 IS - 1 SP - 45 EP - 52 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Takenaga, Shoko A1 - Biselli, Manfred A1 - Schnitzler, Thomas A1 - Öhlschläger, Peter A1 - Wagner, Torsten A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Toward multi-analyte bioarray sensors: LAPS-based on-chip determination of a Michaelis–Menten-like kinetics for cell culturing JF - Physica status solidi A : Applications and materials science N2 - The metabolic activity of Chinese hamster ovary (CHO) cells was observed using a light-addressable potentiometric sensor (LAPS). The dependency toward different glucose concentrations (17–200 mM) follows a Michaelis–Menten kinetics trajectory with Kₘ = 32.8 mM, and the obtained Kₘ value in this experiment was compared with that found in literature. In addition, the pH shift induced by glucose metabolism of tumor cells transfected with the HPV-16 genome (C3 cells) was successfully observed. These results indicate the possibility to determine the tumor cells metabolism with a LAPS-based measurement device. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201330464 SN - 1521-396X (E); 1862-6319 (E-Journal); 0031-8965 (Print); 1862-6300 (Print) VL - 211 IS - 6 SP - 1410 EP - 1415 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Oberländer, Jan A1 - Kirchner, Patrick A1 - Boyen, Hans-Gerd A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Detection of hydrogen peroxide vapor by use of manganese(IV) oxide as catalyst for calorimetric gas sensors JF - Physica status solidi A: Applications and materials science N2 - In this work, the catalyst manganese(IV) oxide (MnO2), of calorimetric gas sensors (to monitor the sterilization agent vaporized hydrogen peroxide) has been investigated in more detail. Chemical analyses by means of X-ray-induced photoelectron spectroscopy have been performed to unravel the surface chemistry prior and after exposure to hydrogen peroxide vapor at elevated temperature, as applied in the sterilization processes of beverage cartons. The surface characterization reveals a change in oxidation states of the metal oxide catalyst after exposure to hydrogen peroxide. Additionally, a cleaning effect of the catalyst, which itself is attached to the sensor surface by means of a polymer interlayer, could be observed. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201330359 SN - 1521-396X (E-Journal); 1862-6319 (E-Journal); 0031-8965 (Print); 1862-6300 (Print) VL - 211 IS - 6 SP - 1372 EP - 1376 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Guo, Yuanyuan A1 - Miyamoto, Ko-ichiro A1 - Wagner, Torsten A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Yoshinobu, Tatsuo T1 - Theoretical study and simulation of light-addressable potentiometric sensors JF - Physica status solidi (A) : applications and materials N2 - The light-addressable potentiometric sensor (LAPS) is a semiconductor-based potentiometric sensor using a light probe with an ability of detecting the concentration of biochemical species in a spatially resolved manner. As an important biomedical sensor, research has been conducted to improve its performance, for instance, to realize high-speed measurement. In this work, the idea of facilitating the device-level simulation, instead of using an equivalent-circuit model, is presented for detailed analysis and optimization of the performance of the LAPS. Both carrier distribution and photocurrent response have been simulated to provide new insight into both amplitude-mode and phase-mode operations of the LAPS. Various device parameters can be examined to effectively design and optimize the LAPS structures and setups for enhanced performance. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201330354 SN - 0031-8965 VL - 211 IS - 6 SP - 1467 EP - 1472 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Wendorff, Marion A1 - Eggert, Thorsten A1 - Pohl, Martina A1 - Dresen, Carola A1 - Müller, Michael A1 - Jaeger, Karl-Erich A1 - Sprenger, Georg A. A1 - Schürmann, Melanie A1 - Schürmann, Martin A1 - Johnen, Sandra A1 - Sprenger, Gerda A1 - Sahm, Hermann A1 - Inoue, Tomoyuki A1 - Schörken, Ulrich A1 - Breittaupt, Holger A1 - Frölich, Bettina A1 - Heim, Petra A1 - Iding, Hans A1 - Juchem, Bettina A1 - Siegert, Petra A1 - Kula, Maria-Regina A1 - Weckbecker, Andrea A1 - Hummel, Werner A1 - Fessner, Wolf-Dieter A1 - Elling, Lothar A1 - Wolberg, Michael A1 - Bode, Silke A1 - Feldmann, Ralf A1 - Geilenkirchen, Petra A1 - Schubert, Thomas A1 - Walter, Lydia A1 - Dünnwald, Thomas A1 - Demir, Ayhan S. A1 - Kolter-Jung, Doris A1 - Nitsche, Adam A1 - Dünkelmann, Pascal A1 - Cosp, Annabel A1 - Lingen, Bettina T1 - Catalytic asymmetric synthesis : section 2.2 T2 - Asymmetric synthesis with chemical and biological methods / ed. by Dieter Enders ... Y1 - 2007 SN - 978-3-527-31473-7 SP - 298 EP - 413 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Wagner, Patrick A1 - Doll, Theodor A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Engineering of functional interfaces / Patrick Wagner ; Theodor Doll ; Michael J. Schöning (eds.) JF - Physica status solidi (A) : Applications and materials science Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201470241 SN - 1521-396X (E-Book); 1862-6319 (E-Book); 0031-8965 (Print); 1862-6300 (Print) VL - 211 IS - 6 SP - 1339 EP - 1339 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Arreola, Julio A1 - Mätzkow, Malte A1 - Durán, Marlena Palomar A1 - Greeff, Anton A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Optimization of the immobilization of bacterial spores on glass substrates with organosilanes JF - Physica status solidi (A) : Applications and materials science N2 - Spores can be immobilized on biosensors to function as sensitive recognition elements. However, the immobilization can affect the sensitivity and reproducibility of the sensor signal. In this work, three different immobilization strategies with organosilanes were optimized and characterized to immobilize Bacillus atrophaeus spores on glass substrates. Five different silanization parameters were investigated: nature of the solvent, concentration of the silane, silanization time, curing process, and silanization temperature. The resulting silane layers were resistant to a buffer solution (e.g., Ringer solution) with a polysorbate (e.g., Tween®80) and sonication. KW - silanization KW - organosilanes KW - immobilization KW - endospores KW - biosensors KW - Bacillus atrophaeus Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201532914 SN - 1862-6319 VL - 213 IS - 6 SP - 1463 EP - 1470 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Spelthahn, Heiko A1 - Schubert, Jürgen A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Dünnschichtsensoren für die Schwermetallanalytik : Mikroelektroden auf Chalkogenidglasbasis JF - GIT Labor-Fachzeitschrift N2 - Die Detektion von Schadstoffen repräsentiert in der Umweltanalytik eine wichtige Aufgabenstellung. Gerade die Abwasser- bzw. Brauchwasseranalytik sowie die Prozesskontrolle haben einen hohen Stellenwert. Siliziumbasierte Dünnschichtsensoren bieten eine kostengünstige Möglichkeit, „online“-Messungen bzw. Vor-Ort-Messungen zeitnah durchzuführen. In dieser Arbeit wird ein potentiometrisches Sensorarray auf der Basis von Chalkogenidgläsern zur Detektion von Schwermetallen in wässrigen Medien vorgestellt. Y1 - 2012 IS - 4 SP - 285 EP - 287 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Warmer, Johannes A1 - Wagner, Patrick A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Kaul, Peter T1 - Detection of triacetone triperoxide using temperature cycled metal-oxide semiconductor gas sensors JF - Physica status solidi (a) Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201431882 SN - 1862-6319 VL - 212 IS - 6 SP - 1289 EP - 1298 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Dantism, Shahriar A1 - Takenaga, Shoko A1 - Wagner, Patrick A1 - Wagner, Torsten A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Determination of the extracellular acidification of Escherichia coli K12 with a multi-​chamber-​based LAPS system JF - Physica status solidi (a) N2 - On-line monitoring of the metabolic activity of microorganisms involved in intermediate stages of biogas production plays an important role to avoid undesirable “down times” during the biogas production. In order to control this process, an on-chip differential measuring system based on the light-addressable potentiometric sensor (LAPS) principle combined with a 3D-printed multi-chamber structure has been realized. As a test microorganism, Escherichia coli K12 (E. coli K12) were used for cell-based measurements. Multi-chamber structures were developed to determine the metabolic activity of E. coli K12 in suspension for a different number of cells, responding to the addition of a constant or variable amount of glucose concentrations, enabling differential and simultaneous measurements. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201533043 SN - 1862-6300 VL - 213 IS - 6 SP - 1479 EP - 1485 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Breuer, Lars A1 - Raue, Markus A1 - Strobel, M. A1 - Mang, Thomas A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Thoelen, R. A1 - Wagner, Torsten T1 - Hydrogels with incorporated graphene oxide as light-addressable actuator materials for cell culture environments in lab-on-chip systems JF - Physica status solidi (a) N2 - Abstractauthoren Graphene oxide (GO) nanoparticles were incorporated in temperature-sensitive Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) hydrogels. The nanoparticles increase the light absorption and convert light energy into heat efficiently. Thus, the hydrogels with GO can be stimulated spatially resolved by illumination as it was demonstrated by IR thermography. The temporal progression of the temperature maximum was detected for different concentrations of GO within the polymer network. Furthermore, the compatibility of PNIPAAm hydrogels with GO and cell cultures was investigated. For this purpose, culture medium was incubated with hydrogels containing GO and the viability and morphology of chinese hamster ovary (CHO) cells was examined after several days of culturing in presence of this medium. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201533056 SN - 1862-6300 VL - 213 IS - 6 SP - 1520 EP - 1525 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Bertz, Morten A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Molinnus, Denise A1 - Homma, Takayuki T1 - Influence of temperature, light, and H₂O₂ concentration on microbial spore inactivation: in-situ Raman spectroscopy combined with optical trapping JF - Physica status solidi (a) applications and materials science N2 - To gain insight on chemical sterilization processes, the influence of temperature (up to 70 °C), intense green light, and hydrogen peroxide (H₂O₂) concentration (up to 30% in aqueous solution) on microbial spore inactivation is evaluated by in-situ Raman spectroscopy with an optical trap. Bacillus atrophaeus is utilized as a model organism. Individual spores are isolated and their chemical makeup is monitored under dynamically changing conditions (temperature, light, and H₂O₂ concentration) to mimic industrially relevant process parameters for sterilization in the field of aseptic food processing. While isolated spores in water are highly stable, even at elevated temperatures of 70 °C, exposure to H₂O₂ leads to a loss of spore integrity characterized by the release of the key spore biomarker dipicolinic acid (DPA) in a concentration-dependent manner, which indicates damage to the inner membrane of the spore. Intensive light or heat, both of which accelerate the decomposition of H₂O₂ into reactive oxygen species (ROS), drastically shorten the spore lifetime, suggesting the formation of ROS as a rate-limiting step during sterilization. It is concluded that Raman spectroscopy can deliver mechanistic insight into the mode of action of H₂O₂-based sterilization and reveal the individual contributions of different sterilization methods acting in tandem. KW - hydrogen peroxide KW - optical spore trapping KW - Raman spectroscopy KW - sterilization conditions KW - temperature Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.202300866 SN - 1862-6319 (Online) SN - 1862-6300 (Print) N1 - Corresponding author: Michael J. Schöning IS - Early View PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Leingartner, Max A1 - Maurer, Johannes A1 - Ferrein, Alexander A1 - Steinbauer, Gerald T1 - Evaluation of Sensors and Mapping Approaches for Disasters in Tunnels JF - Journal of Field Robotics N2 - Ground or aerial robots equipped with advanced sensing technologies, such as three-dimensional laser scanners and advanced mapping algorithms, are deemed useful as a supporting technology for first responders. A great deal of excellent research in the field exists, but practical applications at real disaster sites are scarce. Many projects concentrate on equipping robots with advanced capabilities, such as autonomous exploration or object manipulation. In spite of this, realistic application areas for such robots are limited to teleoperated reconnaissance or search. In this paper, we investigate how well state-of-the-art and off-the-shelf components and algorithms are suited for reconnaissance in current disaster-relief scenarios. The basic idea is to make use of some of the most common sensors and deploy some widely used algorithms in a disaster situation, and to evaluate how well the components work for these scenarios. We acquired the sensor data from two field experiments, one from a disaster-relief operation in a motorway tunnel, and one from a mapping experiment in a partly closed down motorway tunnel. Based on these data, which we make publicly available, we evaluate state-of-the-art and off-the-shelf mapping approaches. In our analysis, we integrate opinions and replies from first responders as well as from some algorithm developers on the usefulness of the data and the limitations of the deployed approaches, respectively. We discuss the lessons we learned during the two missions. These lessons are interesting for the community working in similar areas of urban search and rescue, particularly reconnaissance and search. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/rob.21611 SN - 1556-4967 VL - 33 IS - 8 SP - 1037 EP - 1057 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Al-Kaidy, Huschyar A1 - Tippkötter, Nils T1 - Superparamagnetic hydrophobic particles as shell material for digital microfluidic droplets and proof-of-principle reaction assessments with immobilized laccase JF - Engineering in Life Sciences N2 - In the field of biotechnology and molecular biology, the use of small liquid volumes has significant advantages. In particular, screening and optimization runs with acceptable amounts of expensive and hardly available catalysts, reagents, or biomolecules are feasible with microfluidic technologies. The presented new microfluidic system is based on the inclusion of small liquid volumes by a protective shell of magnetizable microparticles. Hereby, discrete aqueous microreactor drops with volumes of 1–30 μL can be formed on a simple planar surface. A digital movement and manipulation of the microreactor is performed by overlapping magnetic forces. The magnetic forces are generated by an electrical coil matrix positioned below a glass plate. With the new platform technology, several discrete reaction compartments can be moved simultaneously on one surface. Due to the magnetic fields, the reactors can even be merged to initiate reactions by mixing or positioned above surface-immobilized catalysts and then opened by magnetic force. Comparative synthesis routes of the magnetizable shell particles and superhydrophobic glass slides including their performance and stability with the reaction platform are described. The influence of diffusive mass transport during the catalyzed reaction is discussed by evaluation finite element model of the microreactor. Furthermore, a first model dye reaction of the enzyme laccase has been established. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/elsc.201400124 VL - 16 IS - 3 SP - 222 EP - 230 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Eine magnetische horizontale Wirbelschicht für die Durchmischung und Rückhaltung von magnetisierbaren Mikropartikeln im Durchfluss T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Magnetisierbare Partikel als Träger von Katalysatoren können durch Anlegen eines magnetisches Feldes einfach und schnell abgetrennt werden. Die Wiedergewinnung von wertvollen Enzymen unter geringem Energie- und Materialeinsatz der magnetischen Abtrennung eröffnet einen Wettbewerbsvorteil für Produktionsprozesse. Die Abtrennung von magnetisierbaren Partikeln vom Überstand wird üblicherweise entweder durch Anlegen eines äußeren Magnetfelds und der resultierenden Ablagerung der Partikel an den Reaktorwänden oder durch Hochgradientenmagnetseparation (HGMS)durchgeführt. Beide Verfahren resultieren meist in der Bildung eines Filterkuchens aus Magnetpartikeln und den Feststoffen des Reaktionsmediums. Das magnetische horizontale Wirbelbett ermöglicht simultan eine kontinuierliche Reaktionsführung und die Rückhaltung der Partikel im Durchfluss. Die Partikelsuspension fließt durch einen Rohrreaktor, der in einem Magnetfeld mit wechselnden Feldgradienten eingebracht ist. Die Änderung des Magnetfeldgradienten erfolgt entgegen der Strömungsrichtung der Reaktionslösung. Durch alternierende Feldmaxima an den beiden Seiten des Reaktors werden die magnetisierbaren Partikel zu dessen Wänden gezogen. Bei Umkehrung des Feldes wandern die Partikel an die gegenüberliegende Reaktorwand. Durch Wahl einer geeigneten Wechselfrequenz kann eine kontinuierliche Durchmischung und Rückhaltung der Mikropartikel im durchströmten Rohr erreicht werden. Somit können Immobilisierungsreaktionen und Biotransformationen mit den Partikelsystemen im Durchfluss durchgeführt werden. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950076 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim VL - 81 IS - 8 SP - 1168 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Sieker, T. A1 - Wiesen, S. A1 - Duwe, A. A1 - Roth, J. A1 - Ulber, Roland T1 - Simultane Saccharifizierung und Fermentierung (SSF) sowie Produktion von Aceton, Butanol, Ethanol (ABE) und Dicarbonsäuren aus technischer Cellulose T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Technische Cellulose wurde als möglicher Rohstoff zur fermentativen Produktbildung untersucht. Hierfür wird Cellulose in der Lignocellulose-Bioraffinerie hergestellt und daraus Hydrolysat gewonnen. Die Prüfung der technischen Hydrolysate als Substrate erfolgte anhand eines breiten Spektrums an Bioprodukten, von Kraftstoffen wie Ethanolund Butanol, bis zu den Dicarbonsäuren Itacon- und Bernsteinsäure. Dabei werden Bakterien, Hefen und Pilze als Produktionsorganismen eingesetzt. Die einzelnen Herstellverfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die Substrathandhabung. Im Fall der Ethanol- und Butanol-Gewinnung kann eine simultane Saccharifizierung und Fermentierung (SSF) durchgeführt werden. Aufgrund der Produkttoxizität erfordert die Butanol-Herstellung dabei eine In-situ-Produktabtrennung durch Lösemittelimprägnierte Partikel. Die Herstellung der beiden Dicarbonsäuren unterscheidet sich in der Sensitivität der verwendeten Mikroorganismen gegenüber Inhibitoren, die in Spuren im Hydrolysat enthalten sind. Die Bernteinsäurebildung mit Actinobacillussuccinogenes kann mit unbehandeltem Hydrolysat erfolgen. Dagegen erfordert die Gewinnung von Itaconsäure mit A. terreus eine Detoxifizierung des Hydrolysats. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass sämtliche Bioraffinerie-Hydrolysate als Substrate für unterschiedliche Fermentationen geeignet sind. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450297 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1518 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Jablonski, Melanie A1 - Münstermann, Felix A1 - Nork, Jasmina A1 - Molinnus, Denise A1 - Muschallik, Lukas A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Wagner, Torsten A1 - Keusgen, Michael A1 - Siegert, Petra A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Capacitive field‐effect biosensor applied for the detection of acetoin in alcoholic beverages and fermentation broths JF - physica status solidi (a) applications and materials science N2 - An acetoin biosensor based on a capacitive electrolyte–insulator–semiconductor (EIS) structure modified with the enzyme acetoin reductase, also known as butane-2,3-diol dehydrogenase (Bacillus clausii DSM 8716ᵀ), is applied for acetoin detection in beer, red wine, and fermentation broth samples for the first time. The EIS sensor consists of an Al/p-Si/SiO₂/Ta₂O₅ layer structure with immobilized acetoin reductase on top of the Ta₂O₅ transducer layer by means of crosslinking via glutaraldehyde. The unmodified and enzyme-modified sensors are electrochemically characterized by means of leakage current, capacitance–voltage, and constant capacitance methods, respectively. KW - acetoin KW - acetoin reductase KW - alcoholic beverages KW - biosensors KW - capacitive field-effect sensors Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.202000765 SN - 1862-6319 N1 - Corresponding author: Melanie Jablonski VL - 218 IS - 13 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Engel, Mareike A1 - Holtmann, Dirk A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Increased Biobutanol Production by Mediator‐Less Electro‐Fermentation JF - Biotechnology Journal N2 - A future bio-economy should not only be based on renewable raw materials but also in the raise of carbon yields of existing production routes. Microbial electrochemical technologies are gaining increased attention for this purpose. In this study, the electro-fermentative production of biobutanol with C. acetobutylicum without the use of exogenous mediators is investigated regarding the medium composition and the reactor design. It is shown that the use of an optimized synthetic culture medium allows higher product concentrations, increased biofilm formation, and higher conductivities compared to a synthetic medium supplemented with yeast extract. Moreover, the optimization of the reactor system results in a doubling of the maximum product concentrations for fermentation products. When a working electrode is polarized at −600 mV vs. Ag/AgCl, a shift from butyrate to acetone and butanol production is induced. This leads to an increased final solvent yield of Yᴀᴃᴇ = 0.202 gg⁻¹ (control 0.103 gg⁻¹), which is also reflected in a higher carbon efficiency of 37.6% compared to 23.3% (control) as well as a fourfold decrease in simplified E-factor to 0.43. The results are promising for further development of biobutanol production in bioelectrochemical systems in order to fulfil the principles of Green Chemistry. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/biot.201800514 SN - 1860-7314 VL - 14 IS - 4 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Jung, Alexander A1 - Staat, Manfred T1 - Erratum to "Modeling and simulation of human induced pluripotent stem cell-derived cardiac tissue" [GAMM-Mitteilungen, (2019), 42, 4, 10.1002/gamm.201900002] JF - GAMM-Mitteilungen Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1002/gamm.202000011 SN - 1522-2608 N1 - Refers to: Modeling and simulation of human induced pluripotent stem cell-derived cardiac tissue. Alexander Jung, Manfred Staat. Volume 42, Issue 4. GAMM-Mitteilungen, 2019. https://doi.org/10.1002/gamm.201900002 VL - 43 IS - 4 PB - Wiley-VCH GmbH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Osterhage, Hannes A1 - Bialonski, Stephan A1 - Staniek, Matthäus A1 - Schindler, Kaspar A1 - Wagner, Tobias A1 - Elger, Christian E. A1 - Lehnertz, Klaus T1 - Bivariate and multivariate time series analysis techniques and their potential impact for seizure prediction T2 - Seizure Prediction in Epilepsy: From Basic Mechanisms to Clinical Applications Y1 - 2008 SN - 978-3-527-62519-2 U6 - https://doi.org/10.1002/9783527625192.ch15 SP - 189 EP - 208 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Jablonowski, Nicolai David A1 - Kollmann, Tobias A1 - Nabel, Moritz A1 - Damm, Tatjana A1 - Klose, Holger A1 - Müller, Michael A1 - Bläsing, Marc A1 - Seebold, Sören A1 - Krafft, Simone A1 - Kuperjans, Isabel A1 - Dahmen, Markus A1 - Schurr, Ulrich T1 - Valorization of Sida (Sida hermaphrodita) biomass for multiple energy purposes JF - GCB [Global Change Biology] Bioenergy N2 - The performance and biomass yield of the perennial energy plant Sida hermaphrodita (hereafter referred to as Sida) as a feedstock for biogas and solid fuel was evaluated throughout one entire growing period at agricultural field conditions. A Sida plant development code was established to allow comparison of the plant growth stages and biomass composition. Four scenarios were evaluated to determine the use of Sida biomass with regard to plant development and harvest time: (i) one harvest for solid fuel only; (ii) one harvest for biogas production only; (iii) one harvest for biogas production, followed by a harvest of the regrown biomass for solid fuel; and (iv) two consecutive harvests for biogas production. To determine Sida's value as a feedstock for combustion, we assessed the caloric value, the ash quality, and melting point with regard to DIN EN ISO norms. The results showed highest total dry biomass yields of max. 25 t ha⁻¹, whereas the highest dry matter of 70% to 80% was obtained at the end of the growing period. Scenario (i) clearly indicated the highest energy recovery, accounting for 439 288 MJ ha⁻¹; the energy recovery of the four scenarios from highest to lowest followed this order: (i) ≫ (iii) ≫ (iv) > (ii). Analysis of the Sida ashes showed a high melting point of >1500 °C, associated with a net calorific value of 16.5–17.2 MJ kg⁻¹. All prerequisites for DIN EN ISO norms were achieved, indicating Sida's advantage as a solid energy carrier without any post-treatment after harvesting. Cell wall analysis of the stems showed a constant lignin content after sampling week 16 (July), whereas cellulose had already reached a plateau in sampling week 4 (April). The results highlight Sida as a promising woody, perennial plant, providing biomass for flexible and multipurpose energy applications. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1111/gcbb.12346 SN - 1757-1707 (online) SN - 1757-1693 (print) N1 - Special Issue: Perennial biomass crops for a resource constrained world VL - 9 IS - 1 SP - 202 EP - 214 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Doll, Theodor A1 - Wagner, Torsten A1 - Wagner, Patrick A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Engineering of functional interfaces / Theodor Doll ; Torsten Wagner ; Patrick Wagner ; Michael J. Schöning (eds.) JF - Physica status solidi (a) Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201670641 SN - 1862-6319 VL - 213 IS - 6 SP - 1393 EP - 1394 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Borchert, Jörg A1 - Rothe, Sebastian ED - Suntrop, Carsten T1 - Energiemanagement und Versorgung von Chemieparks – Ein Ansatz zur wertschöpfungsgetriebenen Risikosteuerung T2 - Chemiestandorte : Markt, Herausforderungen und Geschäftsmodelle Y1 - 2016 SN - 978-3-527-33441-4 SP - 193 EP - 210 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Welden, Rene A1 - Scheja, Sabrina A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Wagner, Patrick A1 - Wagner, Torsten T1 - Electrochemical Evaluation of Light‐Addressable Electrodes Based on TiO2 for the Integration in Lab‐on‐Chip Systems JF - physica status solidi a : applications and materials sciences N2 - In lab-on-chip systems, electrodes are important for the manipulation (e.g., cell stimulation, electrolysis) within such systems. An alternative to commonly used electrode structures can be a light-addressable electrode. Here, due to the photoelectric effect, the conducting area can be adjusted by modification of the illumination area which enables a flexible control of the electrode. In this work, titanium dioxide based light-addressable electrodes are fabricated by a sol–gel technique and a spin-coating process, to deposit a thin film on a fluorine-doped tin oxide glass. To characterize the fabricated electrodes, the thickness, and morphological structure are measured by a profilometer and a scanning electron microscope. For the electrochemical behavior, the dark current and the photocurrent are determined for various film thicknesses. For the spatial resolution behavior, the dependency of the photocurrent while changing the area of the illuminated area is studied. Furthermore, the addressing of single fluid compartments in a three-chamber system, which is added to the electrode, is demonstrated. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201800150 SN - 1862-6319 VL - 215 IS - 15 SP - Article number 1800150 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Bäcker, M. A1 - Rakowski, D. A1 - Krappen, E. A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Reinigungsprozesse in der Lebensmittelindustrie. Entwicklung eines Demonstrators zur Überwachung JF - GIT Labor-Fachzeitschrift Y1 - 2017 SN - 0016-3538 VL - 61 IS - 8 SP - 26 EP - 28 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Dantism, Shahriar A1 - Röhlen, Desiree A1 - Wagner, Torsten A1 - Wagner, Patrick A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Optimization of Cell-Based Multi-Chamber LAPS Measurements Utilizing FPGA-Controlled Laser-Diode Modules JF - physica status solidi a : applications and materials sciences N2 - A light-addressable potentiometric sensor (LAPS) is a field-effect-based potentiometric device, which detects concentration changes of an analyte solution on the sensor surface in a spatially resolved way. It uses a light source to generate electron–hole pairs inside the semiconductor, which are separated in the depletion region due to an applied bias voltage across the sensor structure and hence, a surface-potential-dependent photocurrent can be read out. However, depending on the beam angle of the light source, scattering effects can occur, which influence the recorded signal in LAPS-based differential measurements. To solve this problem, a novel illumination unit based on a field programmable gate array (FPGA) consisting of 16 small-sized tunable infrared laser-diode modules (LDMs) is developed. Due to the improved focus of the LDMs with a beam angle of only 2 mrad, undesirable scattering effects are minimized. Escherichia coli (E. coli) K12 bacteria are used as a test microorganism to study the extracellular acidification on the sensor surface. Furthermore, a salt bridge chamber is built up and integrated with the LAPS system enabling multi-chamber differential measurements with a single Ag/AgCl reference electrode. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201800058 SN - 1862-6319 VL - 215 IS - 15 SP - Article number 1800058 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Vahidpour, Farnoosh A1 - Oberländer, Jan A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Flexible Calorimetric Gas Sensors for Detection of a Broad Concentration Range of Gaseous Hydrogen Peroxide: A Step Forward to Online Monitoring of Food-Package Sterilization Processes JF - Phys. Status Solidi A N2 - In this study, flexible calorimetric gas sensors are developed for specificdetection of gaseous hydrogen peroxide (H₂O₂) over a wide concentrationrange, which is used in sterilization processes for aseptic packaging industry.The flexibility of these sensors is an advantage for identifying the chemical components of the sterilant on the corners of the food boxes, so-called “coldspots”, as critical locations in aseptic packaging, which are of great importance. These sensors are fabricated on flexible polyimide films by means of thin-film technique. Thin layers of titanium and platinum have been deposited on polyimide to define the conductive structures of the sensors. To detect the high-temperature evaporated H₂O₂, a differential temperature set-up is proposed. The sensors are evaluated in a laboratory-scaled sterilizationsystem to simulate the sterilization process. The concentration range of the evaporated H₂O₂ from 0 to 7.7% v/v was defined and the sensors have successfully detected high as well as low H₂O₂ concentrations with a sensitivity of 5.04 °C/% v/v. The characterizations of the sensors confirm their precise fabrication, high sensitivity and the novelty of low H₂O₂ concentration detections for future inline monitoring of food-package sterilization. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201800044 VL - 215 IS - 15 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Straube, A1 - Frohn, Jan T1 - Kundennutzen durch logistische Mehrwertleistungen T2 - Handbuch der Kontraktlogistik Y1 - 2007 SN - 9783527502035 SP - 181 EP - 198 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Paulßen, Elisabeth A1 - Schweighöfer, Philip V. A1 - Abram, Ulrich T1 - Reactions of [ReOX3(PPh3)2] Complexes (X = Cl, Br) with Phenylacetylene and the Structures of the Products JF - Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie : ZAAC = Journal of inorganic and general chemistry N2 - Oxorhenium(V) complexes [ReOX3(PPh3)2] (X = Cl, Br) react with phenylacetylene under formation of complexes with ylide-type ligands. Compounds of the compositions [ReOCl3(PPh3){C(Ph)C(H)(PPh3)}] (1), [ReOBr3(OPPh3){C(Ph)C(H)(PPh3)}] (2), and [ReOBr3(OPPh3){C(H)C(Ph)(PPh3)}] (3) were isolated and characterized by X-ray diffraction. They contain a ligand, which was formed by a nucleophilic attack of released PPh3 at coordinated phenylacetylene. The structures of the products show that there is no preferable position for this attack. Cleavage of the Re–C bond in 3 and dimerization of the organic ligand resulted in the formation of the [{(PPh3)(H)CC(Ph)}2]2+ cation, which crystallized as its [(ReOBr4)(OReO3)]2– salt. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/zaac.200900478 SN - 1521-3749 VL - 636 IS - 5 SP - 779 EP - 783 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Niedermeyer, Angela A1 - Zhou, Bei A1 - Dursun, Gözde A1 - Temiz Artmann, Aysegül A1 - Markert, Bernd T1 - An examination of tissue engineered scaffolds in a bioreactor JF - Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics PAMM N2 - Replacement tissues, designed to fill in articular cartilage defects, should exhibit the same properties as the native material. The aim of this study is to foster the understanding of, firstly, the mechanical behavior of the material itself and, secondly, the influence of cultivation parameters on cell seeded implants as well as on cell migration into acellular implants. In this study, acellular cartilage replacement material is theoretically, numerically and experimentally investigated regarding its viscoelastic properties, where a phenomenological model for practical applications is developed. Furthermore, remodeling and cell migration are investigated. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/pamm.201610038 SN - 1617-7061 N1 - Joint Annual Meeting of DMV and GAMM 2016, 87th Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM) and Deutsche Mathematiker-Vereinigung (DMV), Braunschweig, DE, Mar 7-11, 2016 VL - 16 IS - 1 SP - 99 EP - 100 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Jildeh, Zaid B. A1 - Kirchner, Patrick A1 - Oberländer, Jan A1 - Kremers, Alexander A1 - Wagner, Torsten A1 - Wagner, Patrick H. A1 - Schöning, Michael Josef T1 - FEM-based modeling of a calorimetric gas sensor for hydrogen peroxide monitoring JF - physica status solidi a : applications and materials sciences N2 - A physically coupled finite element method (FEM) model is developed to study the response behavior of a calorimetric gas sensor. The modeled sensor serves as a monitoring device of the concentration of gaseous hydrogen peroxide (H2 O2) in a high temperature mixture stream in aseptic sterilization processes. The principle of operation of a calorimetric H2 O2 sensor is analyzed and the results of the numerical model have been validated by using previously published sensor experiments. The deviation in the results between the FEM model and experimental data are presented and discussed. Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201600912 SN - 1862-6319 IS - Early View PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Arreola, Julio A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Effect of O2 plasma on properties of electrolyte-insulator-semiconductor structures JF - physica status solidi a : applications and materials sciences N2 - Prior to immobilization of biomolecules or cells onto biosensor surfaces, the surface must be physically or chemically activated for further functionalization. Organosilanes are a versatile option as they facilitate the immobilization through their terminal groups and also display self-assembly. Incorporating hydroxyl groups is one of the important methods for primary immobilization. This can be done, for example, with oxygen plasma treatment. However, this treatment can affect the performance of the biosensors and this effect is not quite well understood for surface functionalization. In this work, the effect of O2 plasma treatment on EIS sensors was investigated by means of electrochemical characterizations: capacitance–voltage (C–V) and constant capacitance (ConCap) measurements. After O2 plasma treatment, the potential of the EIS sensor dramatically shifts to a more negative value. This was successfully reset by using an annealing process. KW - surface functionalization KW - O2 plasma KW - hydroxylation KW - electrolyte-insulator semiconductor sensor (EIS) KW - annealing Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201700025 SN - 1862-6319 VL - 214 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Eckert, Alexander A1 - Rudolph, Tobias A1 - Guo, Jiaqi A1 - Mang, Thomas A1 - Walther, Andreas T1 - Exceptionally Ductile and Tough Biomimetic Artificial Nacre with Gas Barrier Function JF - Advanced Materials N2 - Synthetic mimics of natural high-performance structural materials have shown great and partly unforeseen opportunities for the design of multifunctional materials. For nacre-mimetic nanocomposites, it has remained extraordinarily challenging to make ductile materials with high stretchability at high fractions of reinforcements, which is however of crucial importance for flexible barrier materials. Here, highly ductile and tough nacre-mimetic nanocomposites are presented, by implementing weak, but many hydrogen bonds in a ternary nacre-mimetic system consisting of two polymers (poly(vinyl amine) and poly(vinyl alcohol)) and natural nanoclay (montmorillonite) to provide efficient energy dissipation and slippage at high nanoclay content (50 wt%). Tailored interactions enable exceptional combinations of ductility (close to 50% strain) and toughness (up to 27.5 MJ m⁻³). Extensive stress whitening, a clear sign of high internal dynamics at high internal cohesion, can be observed during mechanical deformation, and the materials can be folded like paper into origami planes without fracture. Overall, the new levels of ductility and toughness are unprecedented in highly reinforced bioinspired nanocomposites and are of critical importance to future applications, e.g., as barrier materials needed for encapsulation and as a printing substrate for flexible organic electronics. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/adma.201802477 VL - 30 IS - 32 SP - Article number 1802477 PB - Wiley-VCH ER - TY - JOUR A1 - Schwab, Lukas A1 - Hojdis, Nils A1 - Lacayo, Jorge A1 - Wilhelm, Manfred T1 - Fourier-Transform Rheology of Unvulcanized, Carbon Black Filled Styrene Butadiene Rubber JF - Macromolecular Materials and Engineering N2 - Rubber materials filled with reinforcing fillers display nonlinear rheological behavior at small strain amplitudes below γ0 < 0.1. Nevertheless, rheological data are analyzed mostly in terms of linear parameters, such as shear moduli (G′, G″), which loose their physical meaning in the nonlinear regime. In this work styrene butadiene rubber filled with carbon black (CB) under large amplitude oscillatory shear (LAOS) is analyzed in terms of the nonlinear parameter I3/1. Three different CB grades are used and the filler load is varied between 0 and 70 phr. It is found that I3/1(φ) is most sensitive to changes of the total accessible filler surface area at low strain amplitudes (γ0 = 0.32). The addition of up to 70 phr CB leads to an increase of I3/1(φ) by a factor of more than ten. The influence of the measurement temperature on I3/1 is pronounced for CB levels above the percolation threshold. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/mame.201500356 SN - 1439-2054 VL - 301 IS - 4 SP - 457 EP - 468 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Oliveira, Danilo A. A1 - Molinnus, Denise A1 - Beging, Stefan A1 - Siqueira Jr, José R. A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Biosensor Based on Self-Assembled Films of Graphene Oxide and Polyaniline Using a Field-Effect Device Platform JF - physica status solidi (a) applications and materials science N2 - A new functionalization method to modify capacitive electrolyte–insulator–semiconductor (EIS) structures with nanofilms is presented. Layers of polyallylamine hydrochloride (PAH) and graphene oxide (GO) with the compound polyaniline:poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) (PANI:PAAMPSA) are deposited onto a p-Si/SiO2 chip using the layer-by-layer technique (LbL). Two different enzymes (urease and penicillinase) are separately immobilized on top of a five-bilayer stack of the PAH:GO/PANI:PAAMPSA-modified EIS chip, forming a biosensor for detection of urea and penicillin, respectively. Electrochemical characterization is performed by constant capacitance (ConCap) measurements, and the film morphology is characterized by atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). An increase in the average sensitivity of the modified biosensors (EIS–nanofilm–enzyme) of around 15% is found in relation to sensors, only carrying the enzyme but without the nanofilm (EIS–enzyme). In this sense, the nanofilm acts as a stable bioreceptor onto the EIS chip improving the output signal in terms of sensitivity and stability. KW - capacitive electrolyte–insulator–semiconductor sensors KW - graphene oxide KW - layer-by-layer technique KW - nanomaterials KW - polyaniline Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.202000747 SN - 1862-6319 N1 - Corresponding author: José R. Siqueira Jr & Michael J. Schöning VL - 218 IS - 13 SP - 1 EP - 9 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Welden, Rene A1 - Nagamine Komesu, Cindy A. A1 - Wagner, Patrick H. A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Wagner, Torsten T1 - Photoelectrochemical enzymatic penicillin biosensor: A proof-of-concept experiment JF - Electrochemical Science Advances N2 - Photoelectrochemical (PEC) biosensors are a rather novel type of biosensors thatutilizelighttoprovideinformationaboutthecompositionofananalyte,enablinglight-controlled multi-analyte measurements. For enzymatic PEC biosensors,amperometric detection principles are already known in the literature. In con-trast, there is only a little information on H+-ion sensitive PEC biosensors. Inthis work, we demonstrate the detection of H+ions emerged by H+-generatingenzymes, exemplarily demonstrated with penicillinase as a model enzyme on atitanium dioxide photoanode. First, we describe the pH sensitivity of the sensorand study possible photoelectrocatalytic reactions with penicillin. Second, weshow the enzymatic PEC detection of penicillin. KW - enzymatic biosensor KW - penicillin KW - penicillinase KW - photoelectrochemistry KW - titanium dioxide photoanode Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/elsa.202100131 SN - 2698-5977 N1 - Corresponding author: Michael J. Schöning VL - 2 IS - 4 SP - 1 EP - 5 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Maas, Marnix C. A1 - Vos, Eline K. A1 - Lagemaat, Miriam W. A1 - Bitz, Andreas A1 - Orzada, Stephan A1 - Kobus, Thiele A1 - Kraff, Oliver A1 - Maderwald, Stefan A1 - Ladd, Mark E. A1 - Scheenen, Tom W. J. T1 - Feasibility of T₂-weighted turbo spin echo imaging of the human prostate at 7 tesla JF - Magnetic Resonance in Medicine N2 - Purpose To demonstrate that high quality T₂-weighted (T2w) turbo spin-echo (TSE) imaging of the complete prostate can be achieved routinely and within safety limits at 7 T, using an external transceive body array coil only. Methods Nine healthy volunteers and 12 prostate cancer patients were scanned on a 7 T whole-body system. Preparation consisted of B₀ and radiofrequency shimming and localized flip angle calibration. T₁ and T₂ relaxation times were measured and used to define the T2w-TSE protocol. T2w imaging was performed using a TSE sequence (pulse repetition time/echo time 3000–3640/71 ms) with prolonged excitation and refocusing pulses to reduce specific absorption rate. Results High quality T2w TSE imaging was performed in less than 2 min in all subjects. Tumors of patients with gold-standard tumor localization (MR-guided biopsy or prostatectomy) were well visualized on 7 T imaging (n = 3). The number of consecutive slices achievable within a 10-g averaged specific absorption rate limit of 10 W/kg was ≥28 in all subjects, sufficient for full prostate coverage with 3-mm slices in at least one direction. Conclusion High quality T2w TSE prostate imaging can be performed routinely and within specific absorption rate limits at 7 T with an external transceive body array. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/mrm.24818 SN - 1522-2594 VL - 71 IS - 5 SP - 1711 EP - 1719 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Jildeh, Zaid B. A1 - Wagner, Patrick H. A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Sterilization of Objects, Products, and Packaging Surfaces and Their Characterization in Different Fields of Industry: The Status in 2020 JF - physica status solidi (a) applications and materials science N2 - The treatment method to deactivate viable microorganisms from objects or products is termed sterilization. There are multiple forms of sterilization, each intended to be applied for a specific target, which depends on—but not limited to—the thermal, physical, and chemical stability of that target. Herein, an overview on the currently used sterilization processes in the global market is provided. Different sterilization techniques are grouped under a category that describes the method of treatment: radiation (gamma, electron beam, X-ray, and ultraviolet), thermal (dry and moist heat), and chemical (ethylene oxide, ozone, chlorine dioxide, and hydrogen peroxide). For each sterilization process, the typical process parameters as defined by regulations and the mode of antimicrobial activity are summarized. Finally, the recommended microorganisms that are used as biological indicators to validate sterilization processes in accordance with the rules that are established by various regulatory agencies are summarized. KW - bioburdens KW - sterility tests KW - sterilization efficacy KW - sterilization methods KW - validation methods Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.202000732 SN - 1862-6319 N1 - Corresponding author: Michael J. Schöning VL - 218 IS - 13 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Wert, Stefan A1 - Iken, Heiko A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Matysik, Frank-Michael T1 - Development of a temperature‐pulse enhanced electrochemical glucose biosensor and characterization of its stability via scanning electrochemical microscopy JF - Electroanalysis N2 - Glucose oxidase (GOx) is an enzyme frequently used in glucose biosensors. As increased temperatures can enhance the performance of electrochemical sensors, we investigated the impact of temperature pulses on GOx that was drop-coated on flattened Pt microwires. The wires were heated by an alternating current. The sensitivity towards glucose and the temperature stability of GOx was investigated by amperometry. An up to 22-fold increase of sensitivity was observed. Spatially resolved enzyme activity changes were investigated via scanning electrochemical microscopy. The application of short (<100 ms) heat pulses was associated with less thermal inactivation of the immobilized GOx than long-term heating. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/elan.202100089 SN - 1521-4109 IS - Early View PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Haeger, Gerrit A1 - Grankin, Alina A1 - Wagner, Michaela T1 - Construction of an Aspergillus oryzae triple amylase deletion mutant as a chassis to evaluate industrially relevant amylases using multiplex CRISPR/Cas9 editing technology JF - Applied Research N2 - Aspergillus oryzae is an industrially relevant organism for the secretory production of heterologous enzymes, especially amylases. The activities of potential heterologous amylases, however, cannot be quantified directly from the supernatant due to the high background activity of native α-amylase. This activity is caused by the gene products of amyA, amyB, and amyC. In this study, an in vitro CRISPR/Cas9 system was established in A. oryzae to delete these genes simultaneously. First, pyrG of A. oryzae NSAR1 was mutated by exploiting NHEJ to generate a counter-selection marker. Next, all amylase genes were deleted simultaneously by co-transforming a repair template carrying pyrG of Aspergillus nidulans and flanking sequences of amylase gene loci. The rate of obtained triple knock-outs was 47%. We showed that triple knockouts do not retain any amylase activity in the supernatant. The established in vitro CRISPR/Cas9 system was used to achieve sequence-specific knock-in of target genes. The system was intended to incorporate a single copy of the gene of interest into the desired host for the development of screening methods. Therefore, an integration cassette for the heterologous Fpi amylase was designed to specifically target the amyB locus. The site-specific integration rate of the plasmid was 78%, with exceptional additional integrations. Integration frequency was assessed via qPCR and directly correlated with heterologous amylase activity. Hence, we could compare the efficiency between two different signal peptides. In summary, we present a strategy to exploit CRISPR/Cas9 for gene mutation, multiplex knock-out, and the targeted knock-in of an expression cassette in A. oryzae. Our system provides straightforward strain engineering and paves the way for development of fungal screening systems. KW - aspergillus KW - CRISPR/Cas9 KW - filamentous fungi KW - genome engineering Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1002/appl.202200106 SN - 2702-4288 IS - Early View SP - 1 EP - 15 PB - Wiley-VCH ER - TY - JOUR A1 - Mykoniou, Konstantin A1 - Butenweg, Christoph A1 - Holtschoppen, Britta A1 - Klinkel, Sven T1 - Seismic response analysis of adjacent liquid-storage tanks JF - Earthquake engineering and structural dynamics N2 - A refined substructure technique in the frequency domain is developed, which permits consideration of the interaction effects among adjacent containers through the supporting deformable soil medium. The tank-liquid systems are represented by means of mechanical models, whereas discrete springs and dashpots stand for the soil beneath the foundations. The proposed model is employed to assess the responses of adjacent circular, cylindrical tanks for harmonic and seismic excitations over wide range of tank proportions and soil conditions. The influence of the number, spatial arrangement of the containers and their distance on the overall system's behavior is addressed. The results indicate that the cross-interaction effects can substantially alter the impulsive components of response of each individual element in a tank farm. The degree of this impact is primarily controlled by the tank proportions and the proximity of the predominant natural frequencies of the shell-liquid-soil systems and the input seismic motion. The group effects should be not a priori disregarded, unless the tanks are founded on shallow soil deposit overlying very stiff material or bedrock. KW - liquid-structure interaction KW - seismic response KW - impulsive effects KW - liquid-storage tank KW - structure-soil-structure interaction Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/eqe.2726 SN - 1096-9845 (E-Journal); 0098-8847 (Print) VL - 45 IS - 11 SP - 1779 EP - 1796 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Wolf, Martin R. A1 - Foltz, Christian A1 - Luczak, Holger ED - Nagl, Manfred T1 - Gestaltung und Evaluation eines Groupware-Konzepts T2 - Modelle, Werkzeuge und Infrastrukturen zur Unterstützung von Entwicklungsprozessen Y1 - 2003 SN - 3-527-27769-2 SP - 359 EP - 360 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Tippkötter, Nils A1 - Roth, Jasmine T1 - Purified Butanol from Lignocellulose – Solvent‐Impregnated Resins for an Integrated Selective Removal JF - Chemie Ingenieur Technik N2 - In traditional microbial biobutanol production, the solvent must be recovered during fermentation process for a sufficient space-time yield. Thermal separation is not feasible due to the boiling point of n-butanol. As an integrated and selective solid-liquid separation alternative, solvent impregnated resins (SIRs) were applied. Two polymeric resins were evaluated and an extractant screening was conducted. Vacuum application with vapor collection in fixed-bed column as bioreactor bypass was successfully implemented as butanol desorption step. In course of further increasing process economics, fermentation with renewable lignocellulosic substrates was conducted using Clostridium acetobutylicum. Utilization of SIR was shown to be a potential strategy for solvent removal from fermentation broth, while application of a bypass column allows for product removal and recovery at once. KW - Biofuel KW - Biorefinery KW - Butanol KW - Clostridium acetobutylicum KW - Lignocellulose Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.202000200 SN - 1522-2640 N1 - Corresponding author: Nils Tippkötter VL - 92 IS - 11 SP - 1741 EP - 1751 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Huck, Christina A1 - Schiffels, Johannes A1 - Herrera, Cony N. A1 - Schelden, Maximilian A1 - Selmer, Thorsten A1 - Poghossian, Arshak A1 - Baumann, Marcus A1 - Wagner, Patrick A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Metabolic responses of Escherichia coli upon glucose pulses captured by a capacitive field-effect sensor JF - Physica Status Solidi (A) N2 - Living cells are complex biological systems transforming metabolites taken up from the surrounding medium. Monitoring the responses of such cells to certain substrate concentrations is a challenging task and offers possibilities to gain insight into the vitality of a community influenced by the growth environment. Cell-based sensors represent a promising platform for monitoring the metabolic activity and thus, the “welfare” of relevant organisms. In the present study, metabolic responses of the model bacterium Escherichia coli in suspension, layered onto a capacitive field-effect structure, were examined to pulses of glucose in the concentration range between 0.05 and 2 mM. It was found that acidification of the surrounding medium takes place immediately after glucose addition and follows Michaelis–Menten kinetic behavior as a function of the glucose concentration. In future, the presented setup can, therefore, be used to study substrate specificities on the enzymatic level and may as well be used to perform investigations of more complex metabolic responses. Conclusions and perspectives highlighting this system are discussed. Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201200900 SN - 0031-8965 VL - 210 IS - 5 SP - 926 EP - 931 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Demirci, Taylan A1 - Kurulgan Demirci, Eylem A1 - Trzewik, Jürgen A1 - Linder, Peter A1 - Digel, Ilya A1 - Artmann, Gerhard A1 - Sakizli, Meral A1 - Temiz Artmann, Aysegül T1 - Gene expression profile analysis of 3T3/NIH fibroblasts after one hour mechanical stress JF - IUBMB Life. 61 (2009), H. 3 Y1 - 2009 SN - 1521-6543 N1 - Abstracts: Turkish Society of Molecular Medicine, Third International Congress of Molecular Medicine, May 5-8, 2009, Istanbul, Turkey SP - 311 EP - 312 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Poghossian, Arshak A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Label-free sensing of biomolecules with field-effect devices for clinical applications JF - Electroanalysis N2 - Among the variety of transducer concepts proposed for label-free detection of biomolecules, the semiconductor field-effect device (FED) is one of the most attractive platforms. As medical techniques continue to progress towards diagnostic and therapies based on biomarkers, the ability of FEDs for a label-free, fast and real-time detection of multiple pathogenic and physiologically relevant molecules with high specificity and sensitivity offers very promising prospects for their application in point-of-care and personalized medicine for an early diagnosis and treatment of diseases. The presented paper reviews recent advances and current trends in research and development of different FEDs for label-free, direct electrical detection of charged biomolecules by their intrinsic molecular charge. The authors are mainly focusing on the detection of the DNA hybridization event, antibody-antigen affinity reaction as well as clinically relevant biomolecules such as cardiac and cancer biomarkers. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/elan.201400073 SN - 1521-4109 (E-Journal); 1040-0397 (Print) VL - 26 IS - 6 SP - 1197 EP - 1213 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Abouzar, Maryam H. A1 - Poghossian, Arshak A1 - Cherstvy, Andrey G. A1 - Pedraza, Angela M. A1 - Ingebrandt, Sven A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Label-free electrical detection of DNA by means of field-effect nanoplate capacitors: Experiments and modeling JF - Physica Status Solidi (a) N2 - Label-free electrical detection of consecutive deoxyribonucleic acid (DNA) hybridization/denaturation by means of an array of individually addressable field-effect-based nanoplate silicon-on-insulator (SOI) capacitors modified with gold nanoparticles (Au-NP) is investigated. The proposed device detects charge changes on Au-NP/DNA hybrids induced by the hybridization or denaturation event. DNA hybridization was performed in a high ionic-strength solution to provide a high hybridization efficiency. On the other hand, to reduce the screening of the DNA charge by counter ions and to achieve a high sensitivity, the sensor signal induced by the hybridization and denaturation events was measured in a low ionic-strength solution. High sensor signals of about 120, 90, and 80 mV were registered after the DNA hybridization, denaturation, and re-hybridization events, respectively. Fluorescence microscopy has been applied as reference method to verify the DNA immobilization, hybridization, and denaturation processes. An electrostatic charge-plane model for potential changes at the gate surface of a nanoplate field-effect sensor induced by the DNA hybridization has been developed taking into account both the Debye length and the distance of the DNA charge from the gate surface. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201100710 SN - 1862-6319 VL - 209 SP - 925 EP - 934 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Molinnus, Denise A1 - Hardt, Gabriel A1 - Siegert, Petra A1 - Willenberg, Holger S. A1 - Poghossian, Arshak A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Detection of Adrenaline in Blood Plasma as Biomarker for Adrenal Venous Sampling JF - Electroanalysis N2 - An amperometric bi-enzyme biosensor based on substrate recycling principle for the amplification of the sensor signal has been developed for the detection of adrenaline in blood. Adrenaline can be used as biomarker verifying successful adrenal venous sampling procedure. The adrenaline biosensor has been realized via modification of a galvanic oxygen sensor with a bi-enzyme membrane combining a genetically modified laccase and a pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase. The measurement conditions such as pH value and temperature were optimized to enhance the sensor performance. A high sensitivity and a low detection limit of about 0.5–1 nM adrenaline have been achieved in phosphate buffer at pH 7.4, relevant for measurements in blood samples. The sensitivity of the biosensor to other catecholamines such as noradrenaline, dopamine and dobutamine has been studied. Finally, the sensor has been successfully applied for the detection of adrenaline in human blood plasma. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/elan.201800026 SN - 1521-4109 VL - 30 IS - 5 SP - 937 EP - 942 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Bäcker, Matthias A1 - Schusser, Sebastian A1 - Poghossian, Arshak A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Degradationsverhalten bioabbaubarer Polymere : siliziumbasierte Sensorik zur Überwachung JF - GIT Labor-Fachzeitschrift Y1 - 2013 SN - 0016-3538 SP - 32 EP - 33 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Leinhos, Marcel A1 - Schusser, Sebastian A1 - Bäcker, Matthias A1 - Poghossian, Arshak A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Micromachined multi-parameter sensor chip for the control of polymer-degradation medium JF - Physica Status Solidi (A) : special issue on engineering and functional interfaces N2 - It is well known that the degradation environment can strongly influence the biodegradability and kinetics of biodegradation processes of polymers. Therefore, besides the monitoring of the degradation process, it is also necessary to control the medium in which the degradation takes place. In this work, a micromachined multi-parameter sensor chip for the control of the polymer-degradation medium has been developed. The chip combines a capacitive field-effect pH sensor, a four-electrode electrolyte-conductivity sensor and a thin-film Pt-temperature sensor. The results of characterization of individual sensors are presented. In addition, the multi-parameter sensor chip together with an impedimetric polymer-degradation sensor was simultaneously characterized in degradation solutions with different pH and electrolyte conductivity. The obtained results demonstrate the feasibility of the multi-parameter sensor chip for the control of the polymer-degradation medium. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201330364 SN - 1521-396X (E-Journal); 1862-6319 (E-Journal); 0031-8965 (Print); 1862-6300 (Print) VL - 211 IS - 6 SP - 1346 EP - 1351 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Bäcker, Matthias A1 - Kramer, F. A1 - Huck, Christina A1 - Poghossian, Arshak A1 - Bratov, A. A1 - Abramova, N. A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Planar and 3D interdigitated electrodes for biosensing applications: The impact of a dielectric barrier on the sensor properties JF - Physica Status Solidi (A) - Applications and Materials Science N2 - Planar and three-dimensional (3D) interdigitated electrodes (IDE) with electrode digits separated by an insulating barrier of different heights were electrochemically characterized and compared in terms of their sensing properties. Due to the impact of the surface resistance, both types of IDE structures display a non-linear behavior in low-ionic strength solutions. The experimental data were fitted to an electrical equivalent circuit and interpreted taking into account the surface-charge-governed properties. The effect of a charged polyelectrolyte layer electrostatically assembled onto the sensor surface on the surface resistance in solutions with different KCl concentration is studied. In case of the same electrode footprint, 3D-IDEs show a larger cell constant and a higher sensitivity to molecular adsorption than that of planar IDEs. The obtained results demonstrate the potential of 3D-IDEs as a new transducer structure for a direct label-free sensing of charged molecules. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201330416 SN - 1521-396X (E-Journal); 1862-6319 (E-Journal); 0031-8965 (Print); 1862-6300 (Print) VL - 211 IS - 6 SP - 1357 EP - 1363 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Abouzar, Maryam H. A1 - Werner, Moritz A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Poghossian, Arshak T1 - Capacitance–voltage and impedance-spectroscopy characteristics of nanoplate EISOI capacitors JF - Physica status solidi (a) : applications and material science. 208 (2011), H. 6 Y1 - 2011 SN - 1862-6319 SP - 1327 EP - 1332 PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Lehnertz, Klaus A1 - Bialonski, Stephan A1 - Horstmann, Marie-Therese A1 - Krug, Dieter A1 - Rothkegel, Alexander A1 - Staniek, Matthäus A1 - Wagner, Tobias T1 - Epilepsy T2 - Reviews of Nonlinear Dynamics and Complexity, Volume 2 Y1 - 2010 SN - 9783527628001 U6 - https://doi.org/10.1002/9783527628001.ch5 SP - 159 EP - 200 PB - Wiley-VCH ER - TY - JOUR A1 - Honarvarfard, Elham A1 - Gamella, Maria A1 - Channaveerappa, Devika A1 - Darie, Costel C. A1 - Poghossian, Arshak A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Katz, Evgeny T1 - Electrochemically Stimulated Insulin Release from a Modified Graphene–functionalized Carbon Fiber Electrode JF - Electroanalysis N2 - A graphene-functionalized carbon fiber electrode was modified with adsorbed polyethylenimine to introduce amino functionalities and then with trigonelline and 4-carboxyphenylboronic acid covalently bound to the amino groups. The trigonelline species containing quarterized pyridine groups produced positive charge on the electrode surface regardless of the pH value, while the phenylboronic acid species were neutral below pH 8 and negatively charged above pH 9 (note that their pKa=8.4). The total charge on the monolayer-modified electrode was positive at the neutral pH and negative at pH > 9. Note that 4-carboxyphenylboronic acid was attached to the electrode surface in molar excess to trigonelline, thus allowing the negative charge to dominate on the electrode surface at basic pH. Negatively charged fluorescent dye-labeled insulin (insulin-FITC) was loaded on the modified electrode surface at pH 7.0 due to its electrostatic attraction to the positively charged interface. The local pH in close vicinity to the electrode surface was increased to ca. 9–10 due to consumption of H+ ions upon electrochemical reduction of oxygen proceeding at the potential of −1.0 V (vs. Ag/AgCl) applied on the modified electrode. The process resulted in recharging of the electrode surface to the negative value due to the formation of the negative charge on the phenylboronic acid groups, thus resulting in the electrostatic repulsion of insulin-FITC and stimulating its release from the electrode surface. The insulin release was characterized by fluorescence spectroscopy (using the FITC-labeled insulin), by electrochemical measurements on an iridium oxide, IrOx, electrode and by mass spectrometry. The graphene-functionalized carbon fiber electrode demonstrated significant advantages in the signal-stimulated insulin release comparing with the carbon fiber electrode without the graphene species. Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1002/elan.201700095 SN - 1521-4109 VL - 29 IS - 6 SP - 1543 EP - 1553 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Molinnus, Denise A1 - Iken, Heiko A1 - Johnen, Anna Lynn A1 - Richstein, Benjamin A1 - Hellmich, Lena A1 - Poghossian, Arshak A1 - Knoch, Joachim A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Miniaturized pH-Sensitive Field-Effect Capacitors with Ultrathin Ta₂O₅ Films Prepared by Atomic Layer Deposition JF - physica status solidi (a) applications and materials science N2 - Miniaturized electrolyte–insulator–semiconductor capacitors (EISCAPs) with ultrathin gate insulators have been studied in terms of their pH-sensitive sensor characteristics: three different EISCAP systems consisting of Al–p-Si–Ta2O5(5 nm), Al–p-Si–Si3N4(1 or 2 nm)–Ta2O5 (5 nm), and Al–p-Si–SiO2(3.6 nm)–Ta2O5(5 nm) layer structures are characterized in buffer solution with different pH values by means of capacitance–voltage and constant capacitance method. The SiO2 and Si3N4 gate insulators are deposited by rapid thermal oxidation and rapid thermal nitridation, respectively, whereas the Ta2O5 film is prepared by atomic layer deposition. All EISCAP systems have a clear pH response, favoring the stacked gate insulators SiO2–Ta2O5 when considering the overall sensor characteristics, while the Si3N4(1 nm)–Ta2O5 stack delivers the largest accumulation capacitance (due to the lower equivalent oxide thickness) and a higher steepness in the slope of the capacitance–voltage curve among the studied stacked gate insulator systems. KW - atomic layer deposition KW - capacitive field-effect sensors KW - pH sensors KW - ultrathin gate insulators Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.202100660 SN - 1862-6319 N1 - Corresponding author: Michael J. Schöning VL - 219 IS - 8 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Bäcker, Matthias A1 - Raue, Markus A1 - Schusser, Sebastian A1 - Jeitner, C. A1 - Breuer, L. A1 - Wagner, P. A1 - Poghossian, Arshak A1 - Förster, Arnold A1 - Mang, Thomas A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Microfluidic chip with integrated microvalves based on temperature- and pH-responsive hydrogel thin films JF - Physica Status Solidi (a) N2 - Two types of microvalves based on temperature-responsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) and pH-responsive poly(sodium acrylate) (PSA) hydrogel films have been developed and tested. The PNIPAAm and PSA hydrogel films were prepared by means of in situ photopolymerization directly inside the fluidic channel of a microfluidic chip fabricated by combining Si and SU-8 technologies. The swelling/shrinking properties and height changes of the PNIPAAm and PSA films inside the fluidic channel were studied at temperatures of deionized water from 14 to 36 °C and different pH values (pH 3–12) of Titrisol buffer, respectively. Additionally, in separate experiments, the lower critical solution temperature (LCST) of the PNIPAAm hydrogel was investigated by means of a differential scanning calorimetry (DSC) and a surface plasmon resonance (SPR) method. Mass-flow measurements have shown the feasibility of the prepared hydrogel films to work as an on-chip integrated temperature- or pH-responsive microvalve capable to switch the flow channel on/off. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201100763 SN - 1862-6319 VL - 209 IS - 5 SP - 839 EP - 845 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Huck, Christina A1 - Poghossian, Arshak A1 - Kerroumi, Iman A1 - Schusser, Sebastian A1 - Bäcker, Matthias A1 - Zander, Willi A1 - Schubert, Jürgen A1 - Buniatyan, Vahe V. A1 - Martirosyan, Norayr W. A1 - Wagner, Patrick A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Multiparameter sensor chip with Barium Strontium Titanate as multipurpose material JF - Electroanalysis N2 - It is well known that biochemical and biotechnological processes are strongly dependent and affected by a variety of physico-chemical parameters such as pH value, temperature, pressure and electrolyte conductivity. Therefore, these quantities have to be monitored or controlled in order to guarantee a stable process operation, optimization and high yield. In this work, a sensor chip for the multiparameter detection of three physico-chemical parameters such as electrolyte conductivity, pH and temperature is realized using barium strontium titanate (BST) as multipurpose material. The chip integrates a capacitively coupled four-electrode electrolyte-conductivity sensor, a capacitive field-effect pH sensor and a thin-film Pt-temperature sensor. Due to the multifunctional properties of BST, it is utilized as final outermost coating layer of the processed sensor chip and serves as passivation and protection layer as well as pH-sensitive transducer material at the same time. The results of testing of the individual sensors of the developed multiparameter sensor chip are presented. In addition, a quasi-simultaneous multiparameter characterization of the sensor chip in buffer solutions with different pH value and electrolyte conductivity is performed. To study the sensor behavior and the suitability of BST as multifunctional material under harsh environmental conditions, the sensor chip was exemplarily tested in a biogas digestate. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/elan.201400076 SN - 1521-4109 (E-Journal); 1040-0397 (Print) VL - 26 IS - 5 SP - 980 EP - 987 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Gamella, Maria A1 - Zakharchenko, Andrey A1 - Guz, Nataliia A1 - Masi, Madeline A1 - Minko, Sergiy A1 - Kolpashchikov, Dmitry M. A1 - Iken, Heiko A1 - Poghossian, Arshak A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Katz, Evgeny T1 - DNA computing system activated by electrochemically triggered DNA realease from a polymer-brush-modified electrode array JF - Electroanalysis N2 - An array of four independently wired indium tin oxide (ITO) electrodes was used for electrochemically stimulated DNA release and activation of DNA-based Identity, AND and XOR logic gates. Single-stranded DNA molecules were loaded on the mixed poly(N,N-dimethylaminoethyl methacrylate) (PDMAEMA)/poly(methacrylic acid) (PMAA) brush covalently attached to the ITO electrodes. The DNA deposition was performed at pH 5.0 when the polymer brush is positively charged due to protonation of tertiary amino groups in PDMAEMA, thus resulting in electrostatic attraction of the negatively charged DNA. By applying electrolysis at −1.0 V(vs. Ag/AgCl reference) electrochemical oxygen reduction resulted in the consumption of hydrogen ions and local pH increase near the electrode surface. The process resulted in recharging the polymer brush to the negative state due to dissociation of carboxylic groups of PMAA, thus repulsing the negatively charged DNA and releasing it from the electrode surface. The DNA release was performed in various combinations from different electrodes in the array assembly. The released DNA operated as input signals for activation of the Boolean logic gates. The developed system represents a step forward in DNA computing, combining for the first time DNA chemical processes with electronic input signals. Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1002/elan.201600389 SN - 1521-4109 VL - 29 IS - 2 SP - 398 EP - 408 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Wu, Chunsheng A1 - Bronder, Thomas A1 - Poghossian, Arshak A1 - Werner, Frederik A1 - Bäcker, Matthias A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Label-free electrical detection of DNA with a multi-spot LAPS: First step towards light-addressable DNA chips JF - Physica status solidi A : Applications and materials science N2 - A multi-spot (4 × 4 spots) light-addressable potentiometric sensor (MLAPS) consisting of an Al–p-Si–SiO2 structure has been applied for the label-free electrical detection of DNA (deoxyribonucleic acid) immobilization and hybridization by the intrinsic molecular charge for the first time. Single-stranded probe ssDNA molecules (20 bases) were covalently immobilized onto the silanized SiO2 gate surface. The unspecific adsorption of mismatch ssDNA on the MLAPS gate surface was blocked by bovine serum albumin molecules. To reduce the screening effect and to achieve a high sensor signal, the measurements were performed in a low ionic-strength solution. The photocurrent–voltage (I–V) curves were simultaneously recorded on all 16 spots after each surface functionalization step. Large shifts of I–V curves of 25 mV were registered after the DNA immobilization and hybridization event. In contrast, a small potential shift (∼5 mV) was observed in case of mismatch ssDNA, revealing good specificity of the sensor. The obtained results demonstrate the potential of the MLAPS as promising transducer platform for the multi-spot label-free electrical detection of DNA molecules by their intrinsic molecular charge. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201330442 SN - 1521-396X (E-Journal); 1862-6319 (E-Journal); 0031-8965 (Print); 1862-6300 (Print) VL - 211 IS - 6 SP - 1423 EP - 1428 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Janus, Kevin Alexander A1 - Achtsnicht, Stefan A1 - Drinic, Aleksander A1 - Kopp, Alexander A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Transient magnesium-based thin-film temperature sensor on a flexible, bioabsorbable substrate for future medical applications JF - Applied Research N2 - In this work, the bioabsorbable materials, namely fibroin, polylactide acid (PLA), magnesium and magnesium oxide are investigated for their application as transient, resistive temperature detectors (RTD). For this purpose, a thin-film magnesium-based meander-like electrode is deposited onto a flexible, bioabsorbable substrate (fibroin or PLA) and encapsulated (passivated) by additional magnesium oxide layers on top and below the magnesium-based electrode. The morphology of different layered RTDs is analyzed by scanning electron microscopy. The sensor performance and lifetime of the RTD is characterized both under ambient atmospheric conditions between 30°C and 43°C, and wet tissue-like conditions with a constant temperature regime of 37°C. The latter triggers the degradation process of the magnesium-based layers. The 3-layers RTDs on a PLA substrate could achieve a lifetime of 8.5 h. These sensors also show the best sensor performance under ambient atmospheric conditions with a mean sensitivity of 0.48 Ω/°C ± 0.01 Ω/°C. KW - Silk fibroin KW - Polylactide acid KW - Bioabsorbable KW - Resistive temperature detector Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1002/appl.202300102 SN - 2702-4288 (Print) N1 - Corresponding author: Michael Josef Schöning IS - Accepted manuscript PB - Wiley-VCH ER - TY - JOUR A1 - Janus, Kevin Alexander A1 - Achtsnicht, Stefan A1 - Tempel, Laura A1 - Drinic, Aleksaner A1 - Kopp, Alexander A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Influence of fibroin membrane composition and curing parameters on the performance of a biodegradable enzymatic biosensor manufactured from Silicon-Free Carbon JF - Physica status solidi : pss. A, Applications and materials science N2 - Herein, fibroin, polylactide (PLA), and carbon are investigated for their suitability as biocompatible and biodegradable materials for amperometric biosensors. For this purpose, screen-printed carbon electrodes on the biodegradable substrates fibroin and PLA are modified with a glucose oxidase membrane and then encapsulated with the biocompatible material Ecoflex. The influence of different curing parameters of the carbon electrodes on the resulting biosensor characteristics is studied. The morphology of the electrodes is investigated by scanning electron microscopy, and the biosensor performance is examined by amperometric measurements of glucose (0.5–10 mM) in phosphate buffer solution, pH 7.4, at an applied potential of 1.2 V versus a Ag/AgCl reference electrode. Instead of Ecoflex, fibroin, PLA, and wound adhesive are tested as alternative encapsulation compounds: a series of swelling tests with different fibroin compositions, PLA, and Ecoflex has been performed before characterizing the most promising candidates by chronoamperometry. Therefore, the carbon electrodes are completely covered with the particular encapsulation material. Chronoamperometric measurements with H2O2 concentrations between 0.5 and 10 mM enable studying the leakage current behavior. KW - amperometric biosensors KW - biocompatible KW - biodegradabl KW - encapsulation materials KW - fibroin Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.202300081 SN - 1862-6300 (Print) SN - 1862-6319 (Online) N1 - Corresponding author: Michael J. Schöning VL - 220 IS - 22 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Molinnus, Denise A1 - Janus, Kevin Alexander A1 - Fang, Anyelina C. A1 - Drinic, Aleksander A1 - Achtsnicht, Stefan A1 - Köpf, Marius A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Thick-film carbon electrode deposited onto a biodegradable fibroin substrate for biosensing applications JF - Physica status solidi (a) N2 - This study addresses a proof-of-concept experiment with a biocompatible screen-printed carbon electrode deposited onto a biocompatible and biodegradable substrate, which is made of fibroin, a protein derived from silk of the Bombyx mori silkworm. To demonstrate the sensor performance, the carbon electrode is functionalized as a glucose biosensor with the enzyme glucose oxidase and encapsulated with a silicone rubber to ensure biocompatibility of the contact wires. The carbon electrode is fabricated by means of thick-film technology including a curing step to solidify the carbon paste. The influence of the curing temperature and curing time on the electrode morphology is analyzed via scanning electron microscopy. The electrochemical characterization of the glucose biosensor is performed by amperometric/voltammetric measurements of different glucose concentrations in phosphate buffer. Herein, systematic studies at applied potentials from 500 to 1200 mV to the carbon working electrode (vs the Ag/AgCl reference electrode) allow to determine the optimal working potential. Additionally, the influence of the curing parameters on the glucose sensitivity is examined over a time period of up to 361 days. The sensor shows a negligible cross-sensitivity toward ascorbic acid, noradrenaline, and adrenaline. The developed biocompatible biosensor is highly promising for future in vivo and epidermal applications. KW - biocompatible materials KW - biodegradable electronic devices KW - biosensors KW - carbon electrodes KW - glucose Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.202200100 SN - 1862-6319 N1 - Corresponding author: Michael J. Schöning VL - 219 IS - 23 SP - 1 EP - 9 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Schwertner, Eberhard A1 - Berndt, Heinz A1 - Gielen, Hans-Günter A1 - Zahn, Helmut T1 - Peptide 96 : Synthese einiger [2-(p-Biphenylyl)isopropyloxycarbonyl]-Aminosäurederivate JF - Justus Liebigs Annalen der Chemie N2 - Die Darstellung der N-[2-(p-Biphenylyl)isopropyloxycarbonyl]-Derivate (Bpoc-Derivate) des Cysteins unter Verwendung der Thiolschutzgruppen Tetrahydropyranyl (Thp) für 1, Diphenylmethyl (Dpm) für 2, Trityl (Trt) für 3 und S-tert.-Butyl (SBut) für 4 sowie die Synthese von aktivierten Estern der Bpoc-Derivate des Glycins (5), Isoleucins (6) und Prolins (7) werden beschrieben. An einem Beispiel wird die Möglichkeit aufgezeigt, die Bpoc-Gruppe über das Bpoc-Azid nachträglich in den Peptidverband einzuführen. Y1 - 1975 U6 - https://doi.org/10.1002/jlac.197519750318 SN - 1099-0690 VL - 75 IS - 3 SP - 581 EP - 585 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Berndt, Heinz A1 - Klostermeyer, Henning A1 - Zahn, Helmut T1 - Zur Synthese monomerer cyclischer Cystinpeptidderivate, I : Synthese der Sequenz A 6–9 des Schafinsulins als Cyclocystinylderivat JF - Justus Liebigs Annalen der Chemie N2 - Es wird die Synthese der Sequenz A 6–9 des Schafinsulins in der geschützten Form Boc-Cys-Cys-Ala-Gly-OBuᵗ (5) sowie das Verhalten dieses monomeren cyclischen Cystinpeptidderivates gegenüber den in der Peptidchemie gebräuchlichen Reagenzien Bortrifluorid/Eisessig, Triäthylamin und Hydrazinhydrat beschrieben. Y1 - 1972 U6 - https://doi.org/10.1002/jlac.19727590109 SN - 1099-0690 VL - 759 IS - 1 SP - 114 EP - 120 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Jildeh, Zaid B. A1 - Oberländer, Jan A1 - Kirchner, Patrick A1 - Keusgen, Michael A1 - Wagner, Patrick H. A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Experimental and Numerical Analyzes of a Sensor Based on Interdigitated Electrodes for Studying Microbiological Alterations JF - physica status solidi (a): applications and materials science N2 - In this work, a cell-based biosensor to evaluate the sterilization efficacy of hydrogen peroxide vapor sterilization processes is characterized. The transducer of the biosensor is based on interdigitated gold electrodes fabricated on an inert glass substrate. Impedance spectroscopy is applied to evaluate the sensor behavior and the alteration of test microorganisms due to the sterilization process. These alterations are related to changes in relative permittivity and electrical conductivity of the bacterial spores. Sensor measurements are conducted with and without bacterial spores (Bacillus atrophaeus), as well as after an industrial sterilization protocol. Equivalent two-dimensional numerical models based on finite element method of the periodic finger structures of the interdigitated gold electrodes are designed and validated using COMSOL® Multiphysics software by the application of known dielectric properties. The validated models are used to compute the electrical properties at different sensor states (blank, loaded with spores, and after sterilization). As a final result, we will derive and tabulate the frequency-dependent electrical parameters of the spore layer using a novel model that combines experimental data with numerical optimization techniques. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201700920 SN - 1862-6319 VL - 215 IS - 15 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Hahn, Thomas A1 - Kelly, Svenja A1 - Muffler, Kai A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland ED - Hans-Jörg, Bart ED - Pilz, Stephan T1 - Extraction of lignocellulose and algae for the production of bulk and fine chemicals T2 - Industrial scale natural products extraction Y1 - 2011 SN - 978-3-527-32504-7 (Print) SN - 978-3-527-63512-2 (Online) U6 - https://doi.org/10.1002/9783527635122 SP - 221 EP - 245 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Simultane Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation bei der Nutzung von grüner Biomasse zur Produktion von Bioethanol T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Gräser sind in der Lage, einen großen Teil der für eine biobasierte Wirtschaft benötigten Biomasse zur Verfügung zu stellen. Wie bei anderen lignocellulosehaltigen nachwachsenden Rohstoffen erfordert die Verwertung der im Gras enthaltenen Polysaccharide einen mehrstufigen Prozess aus Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation. In Gräsern ist die Hemicellulose mitP henolcarbonsäuren wie Ferula- und p-Coumarsäure verestert, die die enzymatische Hydrolyse der Cellulose und Hemicellulose ebenso effektiv behindern wie Lignin. Anders als bei holzigen Rohstoffen ermöglicht dieser Aufbau aber eine enzymatische Vorbehandlung, mit der die Phenolcarbonsäuren abgespalten werden können. Da die bei der Vorbehandlung eingesetzten Enzyme in ihrer natürlichen Funktion synergistisch mit cellulytischen Enzymen zusammenarbeiten, besitzen sie ähnliche Optima wie die für die Hydrolyse der Polysaccharide eingesetzten Cellulasen und Hemicellulasen. Diese Eigenschaft ermöglicht die Integration von Vorbehandlung und Hydrolyse in einem einzigen Verfahrensschritt. Durch die Einführung der enzymatischen Vorbehandlung konnte das in der Literatur bekannte SSF-Verfahren für die Herstellung von Ethanol aus Gräsern um die Vorbehandlungsstufe erweitert werden. Das so realisierte simultaneous pretreatment, saccharification and fermentation (SPSF)-Verfahren stellt eine vollständige Integration der drei für die Nutzung von Lignocellulose nötigen Verfahrensschritte in der grünen Bioraffinerie dar. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050319 SN - 0009-286X N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1601 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Al-Kaidy, Huschyar A1 - Duwe, Anna A1 - Huster, Manuel A1 - Muffler, Kai A1 - Schlegel, Christin A1 - Sieker, Tim A1 - Stadtmüller, Ralf A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Biotechnologie und Bioverfahrenstechnik – Vom ersten Ullmanns Artikel bis hin zu aktuellen Forschungsthemen JF - Chemie Ingenieur Technik N2 - Biotechnologie und die mit ihr verbundenen technischen Prozesse prägen seit Jahrtausenden die Entwicklung der Menschheit. Ausgehend von empirischen Verfahren, insbesondere zur Herstellung von Lebensmitteln und täglichen Gebrauchsgütern, haben sich diese Disziplinen zu einem der innovativsten Zukunftsfelder entwickelt. Durch das immer detailliertere Verständnis zellulärer Vorgänge können mittlerweile Produktionsstämme gezielt optimiert werden. Im Zusammenspiel mit moderner Prozesstechnik können so eine Vielzahl von Bulk- und Feinchemikalien sowie Pharmazeutika effizient hergestellt werden. In diesem Artikel werden exemplarisch einige der aktuellen Trends vorgestellt. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201400083 SN - 0009-286X VL - 86 IS - 12 SP - 2215 EP - 2225 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Karschuck, Tobias A1 - Schmidt, Stefan A1 - Achtsnicht, Stefan A1 - Poghossian, Arshak A1 - Wagner, Patrick A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Multiplexing system for automated characterization of a capacitive field-effect sensor array JF - Physica Status Solidi A N2 - In comparison to single-analyte devices, multiplexed systems for a multianalyte detection offer a reduced assay time and sample volume, low cost, and high throughput. Herein, a multiplexing platform for an automated quasi-simultaneous characterization of multiple (up to 16) capacitive field-effect sensors by the capacitive–voltage (C–V) and the constant-capacitance (ConCap) mode is presented. The sensors are mounted in a newly designed multicell arrangement with one common reference electrode and are electrically connected to the impedance analyzer via the base station. A Python script for the automated characterization of the sensors executes the user-defined measurement protocol. The developed multiplexing system is tested for pH measurements and the label-free detection of ligand-stabilized, charged gold nanoparticles. KW - Capacitive field-effect sensor KW - Gold nanoparticles KW - Label-free detection KW - Multicell KW - Multiplexing Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.202300265 SN - 1862-6300 (Print) SN - 1862-6319 (Online) N1 - Corresponding author: Michael Josef Schöning VL - 220 IS - 22 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Berndt, Heinz A1 - Zahn, Helmut T1 - Peptide, 99 : Monomere cyclische Cystinpeptidderivate, III ; Synthese der Schafinsulin-A-Kettensequenzen A2–21 und A1–21 als monomere cyclische Dicystinpeptidderivate JF - Justus Liebigs Annalen der Chemie N2 - Die Synthese der Sequenzen A2—21 (13) und A1—21 (15) der Schafinsulin-A-Kette als monomere cyclische Dicystinpeptidderivate wird beschrieben. Die intrachenaren Cystinbrücken A6—7 und A 11 —20 vermitteln die Löslichkeit dieser Derivate in Dimethylformamid und ermöglichen erstmalig die Reindarstellung vollgeschützter Insulin-A-Kettenderivate. Die während der Synthese eingesetzten Schutzgruppen lassen sich mittels Trifluoressigsäure und 2-Mercaptoäthanol quantitativ entfernen. Y1 - 1975 U6 - https://doi.org/10.1002/jlac.197519750908 SN - 1099-0690 VL - 1975 IS - 9 SP - 1601 EP - 1612 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Ulber, Roland A1 - Muffler, Kai A1 - Tippkötter, Nils A1 - Hirth, Thomas A1 - Sell, Dieter ED - Ulber, Roland ED - Sell, Dieter ED - Hirth, Thomas T1 - Introduction to Renewable Resources in the Chemical Industry T2 - Renewable raw materials : new feedstocks for the chemical industry Y1 - 2011 SN - 978-3-527-32548-1 SP - 1 EP - 6 PB - Wiley-VCH-Verlag CY - Weinheim ET - 1. Auflage ER - TY - JOUR A1 - Wiesen, Sebastian A1 - Tippkötter, Nils A1 - Muffler, Kai A1 - Suck, Kirstin A1 - Sohling, Ulrich A1 - Ruf, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Adsorptive Vorbehandlung von Rohglycerin für die 1,3-Propandiol Fermentation mit Clostridium diolis JF - Chemie Ingenieur Technik N2 - Bei der Gewinnung von Fettsäuren aus Pflanzenölen, z. B. zur Herstellung von Biopolymeren, oder bei der Biodiesel- und Seifenproduktion, fällt Glycerin als Nebenprodukt an. Bei der Biokonversion dieses Rohstoffes zu 1,3-Propandiol wird der Produktionsorganismus Clostridium diolis durch Verunreinigungen im Rohglycerin gehemmt. Als inhibierende Substanzen konnten freie Fettsäuren identifiziert werden. Mithilfe eines adsorptiven Aufarbeitungsverfahrens ist es gelungen, die Fettsäuren zu entfernen und die Konversionseffizienz zu 1,3-Propandiol zu erhöhen. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201300080 N1 - Englischer Titel: Adsorptive Pretreatment of Crude Glycerol Prior to Fermentation to 1,3-Propanediole by Clostridium Diolis VL - 86 IS - 1-2 SP - 129 EP - 135 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Schnabel, Eugen A1 - Schnabel, Henning A1 - Berndt, Heinz T1 - Zur selektiven acidolytischen Abspaltbarkeit der tert.-Butyloxycarbonyl-Gruppe JF - Justus Liebigs Annalen der Chemie N2 - Die tert.-Butyloxycarbonyl-Gruppe (Boc) läßt sich mittels reiner Trifluoressigsäure nicht selektiv neben dem Benzyloxycarbonyl-Rest (Z) abspalten. Das gelingt auch nicht mit Lösungen von Trifluoressigsäure bzw. Chlorwasserstoff in organischen Lösungsmitteln. Kern-substituierte Z-Gruppen wie Z(pCl), Z(mCl) oder Z(pNO₂) sind zwar stabiler, werden aber von den obengenannten Reagenzien ebenfalls angegriffen bzw. sind nicht mehr acidolytisch abspaltbar. – Mit 70proz. wäßriger Trifluoressigsäure gelingt die Abspaltung von Boc neben Z dagegen fast selektiv; dabei werden aber Benzylester, besonders Glutaminsäure-γ-benzylester, teilweise hydrolysiert, während Methyl- sowie Äthylester nahezu beständig sind. Die Brauchbarkeit des Abspaltungsverfahrens wird anhand der schrittweise durchgeführten Synthese zweier Heptapeptid-Derivate gezeigt. – Ähnlich spezifisch gelingt die Abspaltung von Boc mit Bortrifluorid-ätherat in Eisessig; Benzylester sind gegenüber diesem Reagenz stabiler als gegen wäßrige Trifluoressigsäure. Das Bortrifluorid-Verfahren eignet sich besonders für die Abspaltung von Boc-Gruppen neben säurelabilen Thiol-Schutzgruppen (Tetrahydropyranyl- bzw. Trityl-Rest) sowie neben dem Cyclocystinyl-Rest. Die Leistungsfähigkeit der Methode wird durch die Synthese zweier Peptid-Derivate mit S-Trityl-Schutzgruppen belegt. Als Nebenreaktion ist die Acetylierung von aliphatischen Hydroxylgruppen möglich. Sie läßt sich vermeiden, wenn man die Spaltung in anderen Lösungsmitteln durchführt. Die als Modellverbindungen für Stabilitätsuntersuchungen verwendeten Nε-acylierten Lysin-Derivate werden mit dem Aminosäureanalysator quantitativ neben Lysin bestimmt. Y1 - 1971 U6 - https://doi.org/10.1002/jlac.19717490111 SN - 1099-0690 VL - 749 IS - 1 SP - 90 EP - 108 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Ringbeck, Thorsten A1 - Profittlich, Martin A1 - Schaller, Christian T1 - Kameras für die dritte Dimension : PMD-Technologie ermöglicht neue effiziente Anwendungen in der Industrie und Medizintechnik JF - Optik & Photonik. - 4(2009), H. 3 N2 - Fledermäuse orientieren sich extrem schnell auch in absoluter Dunkelheit. Sie verwenden dazu eine Art Ultraschall Radar, um die Umgebung räumlich wahrzunehmen. Der Photo-Misch-Detektor (engl. Photonic Mixer Device, PMD) verwendet dieses Prinzip der Fledermäuse im optischen Bereich — dreidimensionale Szenen werden ohne Rechenaufwand kostengünstig, effizient und mit hoher Geschwindigkeit erfasst. Y1 - 2009 SN - 1863-1460 SP - 30 EP - 33 PB - Wiley - VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Hengsbach, Jan-Niklas A1 - Engel, Mareike A1 - Cwienczek, Marcel A1 - Stiefelmaier, Judith A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Scalable unseparated bioelectrochemical reactors by using a carbon fiber brush as stirrer and working electrode JF - ChemElectroChem N2 - The concept of energy conversion into platform chemicals using bioelectrochemical systems (BES) has gained increasing attention in recent years, as the technology simultaneously provides an opportunity for sustainable chemical production and tackles the challenge of Power-to-X technologies. There are many approaches to realize the industrial scale of BES. One concept is to equip standard bioreactors with static electrodes. However, large installations resulted in a negative influence on various reactor parameters. In this study, we present a new single-chamber BES based on a stirred tank reactor in which the stirrer was replaced by a carbon fiber brush, performing the functions of the working electrode and the stirrer. The reactor is characterized in abiotic studies and electro-fermentations with Clostridium acetobutylicum. Compared to standard reactors an increase in butanol production of 20.14±3.66 % shows that the new BES can be efficiently used for bioelectrochemical processes. Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1002/celc.202300440 SN - 2196-0216 VL - 10 IS - 21 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Duwe, A. A1 - Schlegel, C. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Sequentielle Extraktion von Cellulose zur effizienten Nutzung der Stoffströme in der Holzbioraffinerie T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In der Reihe der nachwachsenden Rohstoffe besitzt Holz als erneuerbare und umweltfreundliche Ressource ein großes Potenzial. Über 11 Mio. ha Holz, das laut der Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe (FNR) auch für industrielle Zwecke genutzt werden kann, wuchsen im Jahr 2013 allein auf bundesdeutscher Fläche. 56,8 Mio. m³ jährlicher Holzeinschlag in den letzten zehn Jahren wurde zu knapp der Hälfte stofflich und der Rest energetisch verwertet. Im Rahmen dieser Arbeit konnte auf der Basis vom Holz der Buche, die nach Fichte und Kiefer die dritthäufigste Baumart in Deutschland ist und 15% der deutschen Waldfläche ausmacht, die Fraktionierung der polymeren Hauptbestandteile mit niedrigem energetischen Einsatz erreicht werden. Hierbei werden in einem nachgeschalteten Extraktionsprozess die beiden Komponenten Hemicellulose und Lignin in flüssiger Form von der finalen festen Cellulosefraktion abgetrennt. Die Extraktion der Hemicellulose erfolgt durch eine Liquid Hot Water (LHW)-Behandlung. Untersucht wird der katalytische Zusatz anorganischer Säuren wie H₃PO₄ und H₂SO₄. Im Hinblick auf die weitere Verwertung von Lignin zu aromatischen Synthesebausteinen kommt die Organosolv-Extraktion mit einem Ethanol/Wasser-Gemisch zum Einsatz. Von Vorteil ist die weitere Verwendung beider Stoffströme ohne Fällungsschritt und nachteiliger Verdünnung der Hemicellulose. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450308 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1400 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Möhring, S. A1 - Wulfhorst, H. A1 - Capitain, C. A1 - Roth, J. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Fractioning of lignocellulosic biomass: Scale-down and automation of thermal pretreatment for parameter optimization T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In order to efficiently convert lignocellulose, it is often necessary to conduct a pretreatment. The biomass considered in this study typically comprises of agricultural and horticultural residues, as well as beechwood. A very environmentally friendly method, namely, fungal pretreatment using white-rot fungi, leads to an enhanced enzymatic hydrolysis. In contrast to other processes presented, the energy input is extremely low. However, the fungal growth on the lignocellulosic substrates takes several weeks at least in order to be effective. Thus, the reduction of chemicals and energy for thermal processing is a target of our current research. Liquid hot water (LHW) and solvent-based pretreatment (OrganoSolv) require more complex equipment, as they depend on high temperatures (160 – 180 °C) and enhanced pressure (up to 20 bar). However, they prove to be promising processes in regard to the fractioning of lignocellulose. For optimal lignin recovery the parameters differ from those established in cellulose extraction. A novel screening system scaled down to a reaction volume of 100 mL has been developed and successfully tested for this purpose. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650288 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1229 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Roth, J. A1 - Tippkötter, Nils T1 - New Approach for Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulose with Selective Diffusion Separation of the Monosaccharide Products T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material plays an important role in the classical biorefinery approach. Apart from the pretreatment of the raw material, hydrolysis is the basis for the conversion of the cellulose and hemicellulose fraction into fermentable sugars. After hydrolysis, usually a solid-liquid separation takes place, in order to separate the residual plant material from the sugar-rich fraction, which can be subsequently used in a fermentation step. In order to factor out the separation step, the usage of in alginate immobilized crude cellulose fiber beads (CFBs) were evaluated. Pretreated cellulose fibers are incorporated in an alginate matrix together with the relevant enzymes. In doing so, sugars diffuse trough the alginate matrix, allowing a simplified delivery into the surrounding fluid. This again reduces product inhibition of the glucose on the enzyme catalysts. By means of standardized bead production the hydrolysis in lab scale was possible. First results show that liberation of glucose and xylose is possible, allowing a maximum total sugar yield of 75 %. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650301 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1237 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Staub, C. A1 - Sohling, U. A1 - Ruf, N. A1 - Ulber, Roland T1 - Adsorptive Aufreinigung von Molkeproteinen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In der Molkeverarbeitung dominieren Membranfiltrationsverfahren die Prozessführung. Hierbei werden üblicherweise Aufkonzentrierungen der Proteine und deren Trennung von dem Milchzucker Lactose durchgeführt. Der Prozess der adsorptiven Aufreinigung soll als kostengünstige Alternative zu den bisher gebräuchlichen Verfahren dienen. Weiterhin eröffnet sich durch das Verfahren die Möglichkeit, einzelne Proteinfraktionen während der Verarbeitung anzureichern. Als Proteinquellen wurden für die Untersuchungen Modellproteine, Lösungen aus Molkenproteinisolat, Dünnmolke und Molkekonzentrat verwendet. Die Eignung zur Proteinbindung wurden an Tonmaterialien, Silicaten und y-Aluminiumoxiden in Pulverform, in Form von Granulaten sowie Extrudaten als auch sphärischen Partikeln überprüft. Adsorbentien aus Bentonit/Silica und c-Aluminiumoxid können sowohl a-Lactalbumin (aLA) als auch b-Lactoglobulin (bLG) binden, wohingegen Materialien aus Siliciumoxid lediglich ein starkes Adsorptionsverhalten gegenüber bLG zeigen. Mischmaterialien aus Siliciumoxid und a-Aluminiumoxid zeigen dasselbe Verhalten wie Materialien aus Siliciumoxid, weisen jedoch eine geringere Kapazität auf. Die Materialen wurden hinsichtlich ihres Einsatzes in chromatographischen Verfahren und Batch-Prozessen untersucht und ein Prozessentwurf für einen zweistufigen Batch-Prozess im Rührkessel erarbeitet. KW - Molkeproteine KW - Adsorption Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250395 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1285 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Neitmann, E. A1 - Sohling, U. A1 - Ruf, F. A1 - Ulber, Roland T1 - Anaerobe Produktion von ABE-Lösungsmitteln aus an Bleicherde adsorbiertem Öl T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Mit Palmöl beladene Bleicherde wurde auf die Anwendbarkeit als Rohstoff zur Bildung von Aceton, Ethanol und Butanol (ABE) untersucht. Nach der Abtrennung des entfärbten bzw. gebleichten Öls bestehen 20–40 % (w/w) des Bleicherderückstands aus adsorbiertem Öl. Somit stellt das Mineral einen wertvollen Rohstoff dar. Zur Produktion der Lösungsmittel wurde das gebundene Öl hydrolysiert. Das freigesetzte Glycerin diente als Substrat einer nachfolgenden anaeroben Fermentation zu den ABE-Lösungsmitteln. Die Fermentationen wurden mit verschiedenen Clostridien-Stämmen durchgeführt, von denen einige lipolytische Aktivität aufweisen. Der Ölgehalt der Bleicherde betrug 28 % der Adsorbermasse. Für die Hydrolyse wurden drei Ansätze untersucht: 1. die direkte Fermentation des Adsorbers mit lipolytisch aktiven Clostridien, 2. der Einsatz von Lipasen und die Fermentation des resultierenden Überstands und 3. die Kofermentation mit einer lipolytisch aktiven Hefe. Jeder der drei Ansätze führte zu einerHydrolyse des Öls und Wachstum der Mikroorganismen. Der Einsatz von Lipasen resultierte in einer vollständigen und der schnellsten Hydrolyse des Öls. Eine Glycerinkonzentration von 13,4 g/L konnte erreicht werden. Die anaerobe Fermentation der verschiedenen Clostridien auf Minimalmedien verlief erfolgreich. Der Vergleich der Fermentationen der Bleicherdehydrolysate zeigte, dass das Hydrolysat wachstumsinhibierende Substanzen enthält. Unter diesen Bedingungen konnte eine Ausbeute von Y P/S = 0,11 erzielt werden. Der Einsatz eines Ionenaustauschers zur Reinigung des Hydrolysats vor der Fermentation resultierte in einer Verbesserung des Wachstums Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950075 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim VL - 81 IS - 8 SP - 1217 EP - 1218 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Poth, S. A1 - Monzon, M. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Fermentation von Hydrolysaten aus Lignocellulose T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die ökonomische Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und der klimatische Wandel durch die Nutzung dieser haben zu einer intensiven Suche nach erneuerbaren Rohstoffen für die Produktion von Chemikalien und Treibstoffen geführt. Ein viel versprechender Rohstoff in diesem Zusammenhang sind Zucker, die mittels enzymatischer Hydrolyse aus Lignocellulose gewonnen werden können. Die Fermentation erfolgt mit Cellulose- bzw. Hemicellulose-Fraktionen, welche durch thermo-chemische Vorbehandlung von Holz gewonnen und anschließend enzymatisch hydrolysiert werden. Die in den Hydrolysaten enthaltenen Zuckermonomere dienen als Kohlenstoffquelle für die Produktion von Ethanol. Da sowohl Glucose als auch Xylose in den unterschiedlichen Fraktionen enthalten sind, wird zur Umsetzung dieser eine Co-Fermentation zweier Hefen durchgeführt. Im Rahmen der Optimierung dieser Fermentationen werden neben der Ergänzung der Hydrolysate durch notwendige Salze auch Verfahrenweisen wie Fed-Batch-Fermentationen untersucht. Ein weiterer interessanter Ansatz, welcher in diesem Rahmen geprüft wird, ist die enzymatische Hydrolyse der Lignocellulose-Fraktionen und die simultane Fermentation der dabei entstehenden Zucker in einem Schritt. Des Weiteren wurde die Eignung der Hydrolysate für die Biomasseproduktion anderer Mikroorganismen wie Escherichia coli getestet. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950243 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim N1 - Das hier vorgestellte Vorhaben wird durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe(FNR) gefördert: „Verbundvorhaben: Pilotprojekt Lignocellulose-Bioraffinerie, Teilvorhaben 1: Extraktverarbeitung, Enzymtechnologie, verfahrenstechnische Untersuchungen, Ökobilanzierung, Wirtschaftlichkeitsberechnungen“ (Förderkennzeichen: FNR 22027405). VL - 81 IS - 8 SP - 1220 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Hering, T. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Aktiver und passiver antimikrobieller Oberflächenschutz durch funktionalisierte Mikropartikel T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Mikrobielle Verunreinigungen von Oberflächen in technischen und medizinischen Systemen sind allgegenwärtig. Sie basieren üblicherweise auf adsorptiven Oberflächenbindungen organischer Komponenten (Proteine und Fette) oder Membrankomponenten aerogener sowie wassergebundener Mikroorganismen. In laufenden Forschungsarbeiten wird eine aktive sowie passive Biomodifikation von Oberflächen zu deren Schutz vor Adsorption von Proteinen und Mikroorganismen verfolgt. Der antimikrobielle Schutz soll dabei sowohl durch die Mikrostrukturierung bzw. Rauheitsanpassung der Oberflächen durch deren Beschichtung mit Mikro-und Nanopartikeln erfolgen. Ferner werden antimikrobielle Enzyme und funktionelle Gruppen auf den Mikropartikeln gebunden, um den Oberflächenschutz zu verstärken. In ersten Versuchen wurden quartäre Ammoniumverbindungen auf eigens synthetisierten superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (Durchmesser 10 – 30 nm) immobilisiert und die wachstumshemmende Wirkung untersucht. Erste Ergebnisse zeigten, dass eine Konzentration von 10 mg mL⁻¹ der Ammoniumverbindung in einer Wachstumshemmung des verwendeten Gram-negativen Modell-Mikroorganismus E. coli GFPmut2 resultiert. Zurzeit werden synergistisch wirkende Kombinationen von Partikeln mit Proteasen, quartären Ammoniumverbindungen, hydrophoben Oberflächen und mikrostrukturierten Oberflächen als antimikrobieller Schutz untersucht. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450264 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 9 IS - 86 SP - 1474 EP - 1475 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Karschuck, Tobias A1 - Kaulen, Corinna A1 - Poghossian, Arshak A1 - Wagner, Patrick H. A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Gold nanoparticle-modified capacitive field-effect sensors: Studying the surface density of nanoparticles and coupling of charged polyelectrolyte macromolecules JF - Electrochemical Science Advances N2 - The coupling of ligand-stabilized gold nanoparticles with field-effect devices offers new possibilities for label-free biosensing. In this work, we study the immobilization of aminooctanethiol-stabilized gold nanoparticles (AuAOTs) on the silicon dioxide surface of a capacitive field-effect sensor. The terminal amino group of the AuAOT is well suited for the functionalization with biomolecules. The attachment of the positively-charged AuAOTs on a capacitive field-effect sensor was detected by direct electrical readout using capacitance-voltage and constant capacitance measurements. With a higher particle density on the sensor surface, the measured signal change was correspondingly more pronounced. The results demonstrate the ability of capacitive field-effect sensors for the non-destructive quantitative validation of nanoparticle immobilization. In addition, the electrostatic binding of the polyanion polystyrene sulfonate to the AuAOT-modified sensor surface was studied as a model system for the label-free detection of charged macromolecules. Most likely, this approach can be transferred to the label-free detection of other charged molecules such as enzymes or antibodies. KW - polystyrene sulfonate KW - gold nanoparticles KW - field-effect sensor KW - detection of charged macromolecules KW - capacitive EIS sensor Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/elsa.202100179 SN - 0938-5193 VL - 2 IS - 5 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Schumann, C. A1 - Rogin, S. A1 - Schneider, H. A1 - Oster, J. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Kampeis, P. T1 - Steuerung von HGMS-Prozessen mittels Durchflusszytometrie T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Hochgradientenmagnetseparation (HGMS) ist eine Methode zur Aufreinigung von biopharmazeutischen Produkten. Mit dieser Methode lässt sich in nur einem Schritt eine Fest/Fest/Flüssig-Trennung erzielen, was zu einer erheblichen Zeit- und Kostenersparnis im Downstreaming führt. Dennoch steht ihr industrieller Einsatz noch aus, was u. a. am Mangel an Analysenmethoden liegt, um die HGMS quantifizierbar zu machen. Gerade in der Pharmaproduktion werden Prozesse gebraucht, die gemäß den einschlägigen Vorschriften (cGMP) validiert und deren verfahrenstechnische Anlagenteile qualifiziert werden können. Die Schwierigkeit ist die Messung der magnetischen Mikrosorbentien in der Suspension, in der auch Zellen oder Zelltrümmer vorliegen. Im Rahmen eines Forschungsprojektes im „Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand“ des BMWi wurden verschiedene Analysenmethoden untersucht. Die Durchflusszytometrie ermöglicht eine Charakterisierung von Partikeln und eine simultane quantitative Messung. Durch die multiparametrige Messung kann zwischen Zellen, Zelltrümmern und Magnetpartikeln unterschieden werden. Die At-line-Einbindung des Durchflusszytometers ist durch den Einsatz einer externen Pumpe möglich. Über eine automatisierte Messwertanalyse kann der HGMS-Prozess mittels der Durchflusszytometrie gesteuert werden. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250125 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe N1 - Dieses Projekt wurde gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie VL - 84 IS - 8 SP - 1370 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Hering, T. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Antimikrobielle Oberflächenmodifikation durch Mikropartikel T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Ausbildung von Biofilmen in technischen Anlagen, wie z. B. Kühlkreisläufen, Wasseraufbereitungssystemen und Bioreaktoren, führen zu Materialschäden (Biofouling) und stark erhöhtem Energieaufwand. Im Rahmen der aktuellen Forschungsarbeiten erfolgen aktive sowie passive Bio-Modifikationen auf funktionalisierten magnetischen Mikropartikelober-flächen. Um die verschiedenen funktionalisierten magnetischen Mikropartikel zu analysieren und ihre antimikrobielle Wirkung zu testen, wird der Einsatz einer 3D-gedruckten, magnetischen Plattform für ein Fluoreszenz-basiertes Screening-System untersucht. Für den Oberflächenschutz wurden verschiedene, antimikrobiell funktionalisierte Partikelkombinationen mit dem Mikroorganismus Escherichia coli GFPmut2 in Bezug auf aktiven Oberflächenschutz verglichen. Um die antimikrobielle Oberflächeneffekte von synergistischen Kombinationen unterschiedlich funktionalisierter Partikel zu bestimmen, werden Oberflächen einem Magnetfeld ausgesetzt, das die Mikropartikel als definierte Schicht auf ihnen zurück hält. Diese modifizierten Oberflächen können sowohl durch Fluoreszenzspektroskopie als auch -mikroskopie analysiert werden. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650084 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1302 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Kuthan, K. A1 - Al-Kaidy, Huschyar A1 - Tippkötter, Nils T1 - Tropfenbasierte Enzymreaktionen auf Glasoberflächen im μL-Maßstab mit ortsaufgelöster pL-Dosierung der Reaktanden T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Mit der Entwicklung wässriger Tropfen, die mit einer schützenden Hülle magnetisierbarer, hydrophober Partikel umgeben sind, ergeben sich neue Möglichkeiten im Bereich der Mikrofluidik. So können die Tropfen als flüssige Mikroreaktoren eingesetzt werden. Der wässrige Kern dieser Mikroreaktoren besteht aus einer Substratlösung für enzymatische Umsetzungen. Durch Bewegen der Mikroreaktoren können diese über immobilisierten Enzymen positioniert werden, um so einen enzymatischen Umsatz innerhalb der Mikroreaktoren zu realisieren. Hierfür wurde eine neue Mikroreaktorplattform-Technologie etabliert. Die Mikroreaktoren können aufgrund ihrer magnetisierbaren Hüllenpartikel über elektromagnetische Spulen bewegt werden. Die Bewegung erfolgt dabei mit einer automatisierten Aktuatorplattform, bestehend aus einer 3x3 Doppelspulenmatrix mit Magnetkernen. Als modellhaftes Reaktionssystem wird eine Enzymkaskade eingesetzt, die sich aus einer b-Glucosidase, Glucose-Oxidase und Meerrettichperoxidase zusammensetzt. Primär untersuchte Substrate sind Fluorescein-di-b-D-glucopyranoside, und 1-(3,7-Dihydroxy-10H-phenoxazin-10-yl)-ethanon, bei deren Umsatz fluoreszierende Produkte entstehen. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650117 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1336 EP - 1337 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Wulfhorst, H. A1 - Merseburg, J. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Batteriekomponenten aus nachwachsenden Rohstoffen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In diesem Beitrag geht es um die Integration von Stoffströmen einer Lignocellulose-Bioraffinerie in Verfahren zur Batterieherstellung. Pflanzliche Reststoffe aus der Biokraftstoffherstellung wie Lignin sollen zur Herstellung neuer Batteriematerialien verwendet werden. Hierbei wird das Lignin als Matrix für die vorgraphitischen C-haltigen Einlagerungsverbindungen in den Elektroden genutzt. Die Si-C-Komposite werden durch das Einbetten von Si in eine Ligninmatrix mit anschließender Carbonisierung hergestellt. Das Lignin hierfür wird durch die sequentielle hydrothermale Vorbehandlung von Buchenholz bei variablen Bedingungen gewonnen und mit Si-Nanopartikel sowie als Referenz ohne Si-Nanopartikel gefällt. Die Ergebnisse zeigen, dass die sequenzielle Vorbehandlung höhere Ausbeuten im Vergleich zum LHW- oder Organosolv-Aufschluss liefert. Um eine Anode herzustellen, wurde das resultierende Si–C-Kompositmaterial carbonisiert, auf einen Stromsammler aufgetragen und elektro-chemisch charakterisiert. Der Einfluss der Vorbehandlungsschritte auf den Herstellungsprozess und die ökonomische Bewertung des untersuchten Bioraffinerie-Prozesses wurde mithilfe eines Stoffstrommodells analysiert. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650333 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1234 EP - 1235 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Engel, Mareike A1 - Bayer, Hendrik A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Kommt es in Elektrofermentationen mit Clostridium acetobutylicum zu einer Eisenlimitierung? T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Das strikt anaerobe Bakterium Clostridium acetobutylicum bildet die Lösemittel Aceton, Butanol und Ethanol (ABE-Fermentation). Im Fall einer Eisenlimitierung kommt es zusätzlich zu einer Riboflavinsekretion (RF), was durch die gelbe Färbung des Kulturüberstands erkennbar ist. In dieser Arbeit wurde beobachtet, dass während Elektrofermentationen mit C. acetobutylicum bei –600 mV eine gelbe Färbung auftritt. Es wurde deshalb untersucht, ob eine Eisenlimitierung im bio-elektrochemischen System (BES) vorliegt. Hierzu wurden die Flavinspezien bei Kultivierungen in Medien mit einer Eisenlimitierung bzw. mit ausreichend Eisen in Serumflaschen sowie im BES mit und ohne angelegtem Potenzial verglichen. In den Serumflaschenversuchen wurden RF und Flavinadenindinukleotid (FAD)-Konzentrationen von ‡ 20 mg L⁻¹ sowie Flavinmononukleotid (FMN)-Konzentrationen von ca. 5 mg L⁻¹ detektiert. Bei ausreichender Eisenverfügbarkeit hingegen wurden in den Serumflaschen fast keine Flavine sekretiert. Im BES bei –600 mV hingegen wurde auch in diesen Kulturüberständen FMN und FAD (1–5 mg L⁻¹ ),jedoch kein RF gemessen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Flavinbildung im BES mit angelegtem Potenzial nicht mit der Flavinbildung unter Eisenlimitierung in Serumflaschen korreliert. Andere Faktoren für eine mögliche Flavinbildung werden aktuell näher betrachtet. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201855047 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung und 33. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2018, 10. - 13. September 2018, Eurogress Aachen VL - 90 IS - 9 SP - 1154 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Capitain, C. C. A1 - Lukeba, L. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Biomimetische Klebstoffe aus Organosolv-Lignin T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Aufgrund von EU-Regularien und Umweltinitiativen wächst der Markt für nachhaltige und abbaubare Klebstoffe stetig. Organosolv (OS)-Lignin ist ein kommerziell wenig ertragreicher Nebenstrom der Lignocellulose-Bioraffinerie. Durch das "Nachahmen" der Adhäsionseigenschaften mit strukturverwandten Muschel-Aminosäuren soll OS-Lignin in einen starkes, vollständig biobasiertes Adhäsiv umgewandelt werden. Funktionsweisend für die Adhäsion des Muschelklebstoffes ist die Catecholgruppe der Aminosäure L-DOPA. Die laccase-katalysierte Polymerisationsreaktion von Lignin und L-DOPA ist schwierig zu kontrollieren, da L-DOPA eine Ringschlussreaktion eingeht. Stattdessen wurde eine zweistufige Reaktion mit einem Diamin als Ankermolekül etabliert. Die Catecholgruppe, die im zweiten Schritt enzymatisch an das Lignin-Amin gebunden wird, kann durch Komplexbildung mit Fe(III)-Ionen sowohl zur Adhäsion als auch zur Kohäsion des Klebstoffes beitragen. Der Lignin-Catechol-Klebstoff ist frei von petrochemischen Chemikalien und biologisch abbaubar. In ersten Stirnzugversuchen konnte eine Haftkraft von 0,3 MPa erreicht werden. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201855076 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung und 33. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2018, 10. - 13. September 2018, Eurogress Aachen VL - 90 IS - 9 SP - 1167 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland A1 - Bart, Hans-Jörg A1 - Heinzle, E. T1 - Nutzung von Silage zur fermentativen Produktion von Grund-und Feinchemikalien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Grasschnitt hat in Deutschland ein beträchtliches Potenzial als nachwachsender Rohstoff. Da frischer Grasschnitt nur in den Sommermonaten zur Verfügung steht und Gras bei der Lagerung verrottet, wird er unter anderem durch Silierung konserviert. Während der Silierung wird ein Teil der wasserlöslichen Kohlenhydrate unter anaeroben Bedingungen zu Milchsäure fermentiert. Die Kombination aus Luftabschluss und Ansäuerung bewirkt die Konservierung der Silage. Silage als weit verbreitetes landwirtschaftliches Erzeugnis ist somit ein potentieller, in großen Mengen verfügbarer Lieferant für eine Vielzahl von Substraten für mikrobielle Fermentationen. Diese können entweder durch die Hydrolyse der in den Pflanzen enthaltenen Cellulosen und Hemicellulosen oder durch die Verwendung eines Silagepresssaftes nutzbar gemacht werden. Die zu entwickelnden Prozesse sollen die verbleibenden Kohlenhydrate, inklusive der Cellulose und Hemicellulose, sowie die Milchsäure nutzen. Die in der Silage enthaltenen Zucker sollen zu Ethanol, Itakonsäure und Bernsteinsäure und die Milchsäure zu 1,2-Propandiol umgesetzt werden. Anfallende Reststoffe wie Hydrolyserückstände, Presskuchen und Fermentationsrückstände sollen bei allen zu etablierenden Prozessen entweder als Viehfutter verwendet oder der Biogasproduktion zugeführt werden können, wodurch eine vollständige stoffliche und energetische Nutzung der Silage erreicht wird. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950271 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim N1 - Das Projekt wird durch die Fachagenur für Nachwachsende Rohstoffe gefördert ((22025407)(07NR254)) VL - 81 IS - 8 SP - 1207 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Thiel, A. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Muffler, K. A1 - Ruf, F. A1 - Sohling, U. A1 - Ulber, Roland T1 - Optimierung der Wertschöpfungskette bei der Aufarbeitung von Rapsschrot mit Zeolithen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Im vom BMELV/FNR geförderten SynRg-Projekt wurde unter anderem Rapsschrot untersucht, um Polyphenole zu isolieren und aufzureinigen. Diese sollen anschließend als Basisbausteine für Polymere dienen und ihnen neuartige Eigenschaften verleihen. Derzeit wird an der Polyphenolextraktion gearbeitet, da bei organischen oder wässrigen Extraktionsprozessen überwiegend Sinapin, ein Cholinester der Sinapinsäure, vorliegt und dieses nicht für die Polymerbildung eingesetzt werden kann. Für die im Fokus stehende Sinapinsäure wird deshalb eine simultane Extraktion und enzymatische oder chemische Hydrolyse von Sinapin zu Sinapinsäure durchgeführt. Durch die Hydrolyse konnte die Sinapinsäureausbeute bereits um den Faktor 6,2 auf 15,8 mg g⁻¹ gegenüber einer reinwässrigen Extraktion gesteigert werden. Für die Aufreinigung des an Sinapinsäure reichen Extrakts erfolgt anschließend ein adsorptiver Aufarbeitungsschritt, bei dem Zeolithe zum Einsatz kommen. Mit diesem Material ist es möglich, die Sinapinsäure quantitativ zu adsorbieren und später mit 70 %igem Ethanol bei 60 °C zu desorbieren. Bei den Adsorbern handelt es sich um b-Zeolithe von der Süd-Chemie AG. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250028 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe N1 - Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) durch seinen Projektträger der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) unter der Projektnummer22023008 gefördert. VL - 84 IS - 8 SP - 1191 EP - 1192 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Raatschen, Hans-Jürgen T1 - Fokussierung von Spannungswellen in einer krummlinig berandeten Scheibe JF - ZAMM : Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik Y1 - 1987 U6 - https://doi.org/10.1002/zamm.19870670406 SN - 1521-4001 N1 - Artikel umfasst die Seiten 11 und 12 des 30-Seiten-langen PDFs der Online-Ausgabe. VL - 67 IS - 4 SP - T230 EP - T231 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Riepl, Herbert Matthias A1 - Pettrak, Jürgen A1 - Faulstich, Martin A1 - Herrmann, Wolfgang Anton T1 - Self metathesis of fatty alcohols and amines to provide monomers for polyester and polyamide products JF - Macromolecular Symposia N2 - Self metathesis of oleochemicals offers a variety of bifunctional compounds, that can be used as monomer for polymer production. Many precursors are in huge scales available, like oleic acid ester (biodiesel), oleyl alcohol (tensides), oleyl amines (tensides, lubricants). We show several ways to produce and separate and purify C18-α,ω-bifunctional compounds, using Grubbs 2nd Generation catalysts, starting from technical grade educts. KW - fatty acid KW - metathesis KW - polyamide KW - polyester KW - renewable resources Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/masy.200900041 SN - 1521-3900 (eISSN) SN - 0258-0322 SN - 1022-1360 N1 - Special Issue: "Olefin Metathesis" VL - 293 IS - 1 SP - 39 EP - 42 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Barbazán, Paula A1 - Hagenbach, Adelheid A1 - Paulßen, Elisabeth A1 - Abram, Ulrich A1 - Carballo, Rosa A1 - Rodriguez-Hermida, Sabina A1 - Vázquez-López, Ezequiel M. T1 - Tricarbonyl Rhenium(I) and Technetium(I) Complexes with Hydrazones Derived from 4,5-Diazafluoren-9-one and 1,10-Phenanthroline-5,6-dione JF - European Journal of Inorganic Chemistry N2 - Tricarbonylrhenium(I) and -technetium(I) halide (halide = Cl and Br) complexes of ligands derived from 4,5-diazafluoren-9-one (df) and 1,10-phenanthroline-5,6-dione (phen) derivatives of benzoic and 2-hydroxybenzoic acid hydrazides have been prepared. The complexes have been characterized by elemental analysis, MS, IR, 1H NMR and absorption and emission UV/Vis spectroscopic methods. The metal centres (ReI and TcI) are coordinated through the nitrogen imine atoms and establish five-membered chelate rings, whereas the hydrazone groups stand uncoordinated. The 1H NMR spectra suggest the same behaviour in solution on the basis of only marginal variations in the chemical shifts of the hydrazine protons. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/ejic.201000522 SN - 1099-0682 IS - 29 SP - 4622 EP - 4630 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Ulber, Roland A1 - Poth, Sebastian A1 - Monzon, Magaly A1 - Tippkötter, Nils T1 - Prozessintegration von Hydrolyse und Fermentation von Cellulose- Faserstoff JF - Chemie Ingenieur Technik N2 - Ein viel versprechender erneuerbarer Rohstoff für die Produktion von Chemikalien und Treibstoffen ist Lignocellulose aus pflanzlicher Biomasse. Die darin enthaltenen Zucker können mittels enzymatischer Hydrolyse freigesetzt und fermentativ zu Ethanol umgesetzt werden. Ein interessanter Ansatz ist dabei die simultane Verzuckerung und Fermentation. Hefen und Enzyme haben mit 30 °C bzw. 50 °C zwar unterschiedliche Temperaturoptima, es konnte aber gezeigt werden, dass auch bei den niedrigeren Temperaturen eine Umsetzung der Cellulose zu Glucose erfolgt, wenn auch langsamer als bei optimalen Bedingungen. Außerdem konnte in Vorversuchen gezeigt werden, dass Ethanol in den zu erwartenden Konzentrationen keinen Einfluss auf die enzymatische Umsetzung hat. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200900103 SN - 1522-2640 N1 - Special Issue "Biokatalyse" VL - 82 IS - 1-2 SP - 135 EP - 139 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Sieker, Tim A1 - Neuner, Andreas A1 - Dimitrova, Darina A1 - Tippkötter, Nils A1 - Bart, Hans-Jörg A1 - Heinzle, Elmar A1 - Ulber, Roland T1 - Grassilage als Rohstoff für die chemische Industrie JF - Chemie Ingenieur Technik N2 - Grassilage stellt einen nachwachsenden Rohstoff mit großem Potenzial dar. Neben Cellulose und Hemicellulose enthält sie auch organische Säuren, insbesondere Milchsäure. In einem Bioraffinerie-Projekt wird die Milchsäure aus der Silage isoliert und mit gentechnisch optimierten Stämmen zu L-Lysin weiterverarbeitet. Die Lignocellulose wird hydrolysiert und zu Ethanol fermentiert. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Integration der unterschiedlichen Prozesse sowie der einzelnen Prozessschritte zu einem Gesamtprozess, der sämtliche Inhaltsstoffe der Silage verwertet. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201000088 SN - 1522-2640 N1 - Special Issue: Industrielle Nutzung nachwachsender Rohstoffe VL - 82 IS - 8 SP - 1153 EP - 1159 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Pasteur, A. A1 - Ludwig, B. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Diller, R. A1 - Kampeis, P. A1 - Ulber, Roland T1 - Aufarbeitung von β-Lactamantibiotika mittels selektiver, magnetischer Adsorbermaterialien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - b-Lactame gehören zu den wirkungsvollsten Antibiotika, jedoch lassen sich viele nur schwierig fermentativ erzeugen. Ein Problem bei der fermentativen Produktion ist die Hydrolyse des Lactamrings im wässrigen Milieu. Das Ziel des von der DBU geförderten Projekts ist die selektive In-situ-Adsorption der b-Lactamantibiotika unter anschließender magnetischer Separation. Durch die Isolation im Hochgradientenmagnetseparator (HGMS) ist eine Fest-fest-flüssig-Trennung und somit ein erheblicher Zeitgewinn im Downstreamprozess möglich. Zusätzlich kommt es zur Einsparung an Lösungsmittel und Energie, was neben Reduzierung der Antibiotikahydrolyse auch in ökologischer Hinsicht einen interessanten Aspekt darstellt. Als Trägermaterial für die Adsorbermatrix werden magnetisierbare Eisenoxidpartikel eingesetzt, die in einer Silikamatrix eingebettet sind. Diese Adsorber sollen auf Selektivität in Wasser und verschiedenen Medien getestet werden. Zusätzlich werden die Abbauprodukte des b-Lactams analysiert, um eine Aussage über die Stabilisierung des Antibiotikums durch die selektiven Adsorber treffen zu können. Diese Ergebnisse werden mit kommerziell erhältlichen Adsorbern verglichen. Die Aufreinigung der Antibiotika soll direkt aus der Fermentationsbrühe erfolgen. Um die Trennung der magnetischen, selektiven Adsorber von der Biomasse zu gewährleisten, soll der HGMS in die Fermentation integriert werden. Das filamentöse Wachstum des Mikroorganismus erfordert eine Neuauslegung der Filtermatrix. KW - β-Lactame KW - Magnetische Adsorbermaterialien Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050270 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1587 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Zhang, M. A1 - Poth, S. A1 - Ulber, Roland T1 - Enzymatische Lignindegradierung unter Einsatz eines Optimierungsalgorithmus T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Lignine bestehen aus einem hochgradig vernetzten Polymer phenolischer Grundeinheiten. Diese Verbindungen sind eine Quelle vielversprechender chemischer Grundbausteine. Auch die enzymatische Modifikation der Materialeigenschaften des Lignins ist für dessen Anwendung von Interesse. Aufgrund der verschiedenen Bindungstypen im Lignin ist eine Auftrennung mit nur einem Enzym unwahrscheinlich. Vielmehr sind verschiedene mediatorgestützte Reaktionen notwendig. Pilze, wie z.B. T. versicolor, nutzen Enzymkombinationen zum Aufschluss des Lignins. Hierbei kommen Laccase, Ligninperoxidase und Manganperoxidase zum Einsatz. Die optimale Kombination der Enzyme und ihrer Mediatoren bzw. Stabilisatoren ist Ziel der Untersuchungen. Aufgrund der großen Parameteranzahl wurde ein genetischer Algorithmus eingesetzt. Als Versuchsparameter wurden gewählt: die Verhältnisse der Enzyme, Ligninmasse, Konzentrationen an Eisen-, Mangan-, Oxalat-Ionen, ABTS, Violursäure und H₂O₂. Somit werden elf Parameter simultan optimiert. Als Algorithmus wurde ein Programm mit variabler Genkodierung entwickelt. Die Umsetzung des Lignins wird dabei über den verfolgt. Zurzeit ist ein enzymatischer Umsatz von 12% möglich. Als Referenz wurde eine chemische Lignindegradierung mit einem Umsatzvon 37% etabliert. Die sechs Generationen des Algorithmus zeigen eine Kongruenz der Enzymkonzentrationen von LiP, MnP und VeP, während Laccase keinen Einfluss hat. Des Weiteren beeinflussen die Konzentrationen von Mangan und Oxalat die Umsetzung, während die Variation von ABTS- und H₂O₂ nur eine geringe Auswirkung hat. KW - Enzymatischer Ligninabbau KW - Genetischer Algorithmus Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050707 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1601 EP - 1602 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Duwe, Anna A1 - Rais, Dominik A1 - Zibek, Susanne A1 - Zorn, H. T1 - Optimierung und Scale-up der enzymatischen Hydrolyse inkl. Ligninabbau T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Primäre Ziele der Hydrolyse pflanzlicher nachwachsender Rohstoffe sind möglichst hohe Zuckerkonzentrationen für nachfolgende Fermentationen und eine Maximierung der Produktivität. Zur Optimierung dieser Prozesse wird Organosolv-aufgeschlossene Buchenholz-Cellulose verwendet. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von Novozymes CTec2-Enzymen. Die Hydrolysen konnten durch neue Rührerelemente auf einen Maßstab von 1000 L übertragen werden. Dabei konnten maximale Ausbeuten (g Glucose g –1 Glucose im Faserstoff) bis 81 g g – 1 und Konzentrationen von 152 g L –1 erreicht werden. Zurzeit können unter Einsatz eines Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L –1 enzymatisch hydrolysiert werden. Die cellulolytischen Enzyme stoßen bei hohen Feststoffkonzentrationen an ihre Grenzen. Mit steigendem Feststoffgehalt nimmt die Hydrolyseausbeute ab. Ein Ansatz zur Steigerung der Effizienz ist der Einsatz ligninolytischer Enzyme, die Ligninreste an der Organosolv-Cellulose aufschließen können. Eine solche Verbesserung der Zugänglichkeit für cellulolytische Enzyme an ihr Substrat wurde durch Kulturüberstände verschiedener ligninolytischer Pilze erreicht. Mit Kulturüberständen von Stereum sp. sind Steigerungen der Glucoseausbeuten um bis zu 30 % möglich. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450287 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen N1 - Förderung vom Bundesministeriumfür Ernährung und Landwirtschaftdurch den Projektträger FNR e. V. im Rahmen des Projekts FKZ 22019409 VL - 86 IS - 9 SP - 1515 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Al-Kaidy, Huschyar A1 - Tippkötter, Nils A1 - Kaiser, P. A1 - Wollny, S. A1 - Ulber, Roland T1 - Aufreinigung von Cytochrom P450BMP mittels magnetischer Partikel und die enzymatische Synthese von 9, 10-Dihydroxystearinsäure T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Cytochrom P450 sind Häm-Proteine, die zur Enzymklasse der Oxidoreduktasen (EC 1.14.xy) gehören. Eine wichtige Reaktion ist die Hydroxylierung nichtaktivierter C–H-Bindungen, die in technischen Systemen von großem Interesse ist. Durch die Verwendung von M-IDA-2-Partikeln ist eine direkte Aufreinigung mit gleichzeitiger Immobilisierung und die Applikation der Enzyme aus dem Zelllysat möglich. Damit ist das Verfahren mehr als fünf Stunden schneller als die konventionelle Chromatographie und mehr als 80 % der Aufreinigungszeit wird gespart. Mit dem isolierten nativen Enzym konnte die Plattformchemikalie 9,10-Dihydroxystearinsäure aus Ölsäure hergestellt werden. Unter anderem für die Kunststoffindustrie können aus diesem Produkt wichtige Monomere wie z. B. Azelainsäure hergestellt werden. Die Bildung des Produkts erfolgt in einem zweiphasigen Reaktionssystem an der Grenzfläche zwischen dem Öl und der wässrigen Phase als Feststoff. Um das immobilisierte Enzym aktiv in die obere Phase zu transportieren, wurde eine neue magnetische Mischvorrichtung entwickelt. Das Reaktionsprodukt wurde mit NMR, GC-MS und HPLC-MS analysiert und mit einem chemisch synthetisierten Standard von 9,10-Dihydroxystearinsäure verglichen. Derzeit werden Studien des immobilisierten Häms des Enzyms durchgeführt. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450420 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen N1 - Gefördert wird dieses Projekt im Rahmen von MAGNENZ durch das BMBF VL - 86 IS - 9 SP - 1420 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Staub, C. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Suck, K. A1 - Ruf, F. A1 - Sohling, U. A1 - Ulber, Roland T1 - Aufreinigung von Molkeproteinen mittels natürlicher Adsorbermaterialien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Molke als Nebenprodukt der Käseherstellung wurde lange Zeit als Abfall betrachtet. Bedingt durch ihren hohen BOD (biological oxygen demand) war die direkte Einleitung in Gewässer, aber auch der mikrobielle Abbau in Kläranlagen bedenklich. Falls eine Weiterverarbeitung der Molke stattfand, so geschah dies meist zu Molkepulver oder Proteinkonzentrat. Als Untersuchungen der Molkeproteine jedoch unter pharmazeutischen Gesichtspunkten interessante Eigenschaften nahelegten, stieg das Interesse am Bioprodukt Molke und ihren Proteinen an. So stehen beispielsweise für die Molkeproteine a-Lactalbumin (ala) und b-Lactoglobulin (blg) antibakterielle, anticancerogene und diverse andere physiologische Effekte in der Diskussion. Gegenwärtig finden meist Membranverfahren zur Aufreinigung von Molkeproteinen Anwendung. Als alternatives Verfahren wurde am Institut für Bioverfahrenstechnik in Kaiserslautern ein chromatographisches Verfahren entwickelt, bei dem natürliche Tonminerale zum Einsatz kamen. Nach chemischer und physikalischer Modifikation des Ausgangsmaterials durch den Hersteller Süd-Chemie wurden drei der Adsorber für nähere Untersuchungen zur Auftrennung von Molkeproteinen aus Molkekonzentrat herangezogen. Nach einer Cross-Flow-Filtration des Molkekonzentrats erfolgte die Aufreinigung der Molkeproteine in einem FPLC-System. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950310 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim VL - 81 IS - 8 SP - 1299 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Thiel, A. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Suck, K. A1 - Sohling, U. A1 - Ruf, F. A1 - Ulber, Roland T1 - Simulation und Experiment bei der Aufarbeitung von Polyphenolen durch neue Silicatmaterialien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Nachwachsende Rohstoffe stellen eine reichhaltige Quelle für die Gewinnung von wirtschaftlich interessanten Biomolekülen dar. Die Gruppe der Polyphenole ist dabei für mehrere Industriezweige bedeutend. Ihre antioxidativen Eigenschaften sind z. B. für die Pharmaindustrie interessant. Im derzeit bearbeiteten Projekt sollen Polyphenole aus Pflanzenbestandteilen isoliert und aufgereinigt werden, um sie dann als Komponenten für eine Vernetzung von Polymeren auf der Basis von Fettsäuren einzusetzen. Bisher sind im Wesentlichen Prozesse zur Entfernung von Polyphenolen aus Getränken wie Bier und Wein bekannt. Eine Wiedergewinnung der Polyphenole war in diesen Anwendungen bisher nicht relevant. Die Gewinnung bzw. Abtrennung der Polyphenole erfolgt u. a. durch kommerziell erhältliche Adsorbentien wie PVPP, Adsorberharze XAD16 (Rhöm & Haas) oder SP70 (Sepabeads), deren Partikelgrößen im Bereichvon 0,1 ± 0,8 mm und spezifischen Oberflächen von 700 ± 900 m 2 /g liegen. Als Alternative zu diesen Adsorbern sollen neue Materialien auf Basis von anorganischen Trennmedien, wie z. B. natürlichen Tonmineralien, für die Polyphenolabtrennung verwendet werden. Derzeit wird durch Abgleich von Experiment und Simulation ein Materialscreening durchgeführt. Durch den Einsatz molekulardynamischer Bindungssimulationen wird die Adsorbersuche beschleunigt und Vorhersagen zu Modifikationen bei der Herstellung der neuen Adsorbentien ermöglicht. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050104 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1589 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Stadtmüller, R. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Produktion von einzelsträngigen DNA-Makronukleotiden T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In der Biotechnologie stellt Einzelstrang-DNA (ssDNA) eine Schlüsselrolle dar und fungiert z. B. als Baustein für die nanoskalige Feinmechanik oder als Affinitätsligand, ein sog. Aptamer. Hinsichtlich der industriellen Verwendung bieten Aptamere im Vergleich zu Antikörpern viele Vorteile, wie z. B. eine gute Renaturierung bzw. die Selektion für cytotoxische Moleküle. Aktuell wächst die Nachfrage für chimäre Aptamere von bis zu 200 n, um die simultane Bindung bzw. die Modifikation mehrerer Moleküle zu realisieren. Bis heute wird ssDNA mittels einer sequentiellen Synthese hergestellt, die eine Effizienz von ca. 99,5 % je Zyklus und bereits bei einer Produktlänge von 100 n nur noc hAusbeuten von max. 60 % zeigt. Um dem Bedarf an ssDNA im Bereich > 100 n zu entsprechen, wurden zwei enzymatische Verfahren zur Produktion dieser Makronukleotide entworfen. Die erste Technik basiert auf einerFestphasen-PCR und ermöglicht sowohlein Primer- als auch ein Templatrecycling. Das zweite Verfahren beruht auf einer Plasmidbasierten In-vivo-Amplifikation, der sog. AptaGENE®-Technologie. In einer einzigen Klonierung werden bis zu 100 Kopien des Monomers in einen Vektor kloniert. Nach einer Transformation folgt der reguläre Produktionsprozess in Form einer Kultivierung, Plasmidpräparation und sequenziellen Aufarbeitung von bis zu 6 · 10¹⁵ Makronukleotiden pro Milliliter Fermentationsvolumen. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450372 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1403 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Pasteur, A. A1 - Ulber, Roland T1 - Magnetisch abtrennbare Gold-Nanopartikel zur katalytischen Zuckeroxidation T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Glucose ist ein primäres Zwischenprodukt der Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe, wie z. B. Cellulose. Die wertsteigernde Weiterverarbeitung des Monosaccharids erfolgt häufig in Form vonFermentationsprozessen, jedoch kann der Rohstoff auch für zahlreiche chemische Verarbeitungsstufen genutzt werden. Ein großtechnisch relevanter Prozess ist die Herstellung von Gluconsäure (GS), die u. a. als Nahrungsmittelzusatz (E 574) eingesetzt wird. Die Darstellung der Säure erfolgt durch Oxidation von Glucose mit magnetisierbarem Gold-Nano-Katalysator. Die Rückgewinnung des Katalysators aus der Reaktionslösung wurde unter Einwirkung eines Magnetfeldgradienten verwirklicht. Die Synthese der magnetischen Goldkatalysatoren (sowohl Trägerpartikel als auch Gold-Nanopartikel) wurde durch nass-chemische Fällungsreaktionen durchgeführt. Die Charakteristiken der neuen Materialen konnte durch Messungen des PCD-Potenzials, Laserbeugung und REM/EDX untersucht werden. So wurden u. a. Partikeldurchmesser von 25 lm und ein Goldgehaltvon 1,03 % ermittelt. Weiterhin wurden für die Goldkatalysatoren optimale Reaktionsbedingungen für die Glucoseoxidation im geregelten Rührkesselreaktor etabliert. Hierdurch konnten eine Produktselektivität von 100 % und eine Wiederverwendbarkeit der Partikel über mindestens zehn Zyklen erreicht werden. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250393 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1328 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Gräßl, Andreas A1 - Renz, Wolfgang A1 - Hezel, Fabian A1 - Dieringer, Matthias A. A1 - Winter, Lukas A1 - Özerdem, Celal A1 - Rieger, Jan A1 - Kellmann, Peter A1 - Santoro, Davide A1 - Lindel, Tomasz Dawid A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Pfeiffer, Harald A1 - Niendorf, Thoralf T1 - Modular 32-channel transceiver coil array for cardiac MRI at 7.0T JF - Magnetic Resonance in Medicine N2 - Purpose To design and evaluate a modular transceiver coil array with 32 independent channels for cardiac MRI at 7.0T. Methods The modular coil array comprises eight independent building blocks, each containing four transceiver loop elements. Numerical simulations were used for B1+ field homogenization and radiofrequency (RF) safety validation. RF characteristics were examined in a phantom study. The array's suitability for accelerated high spatial resolution two-dimensional (2D) FLASH CINE imaging of the heart was examined in a volunteer study. Results Transmission field adjustments and RF characteristics were found to be suitable for the volunteer study. The signal-to-noise intrinsic to 7.0T together with the coil performance afforded a spatial resolution of 1.1 × 1.1 × 2.5 mm3 for 2D CINE FLASH MRI, which is by a factor of 6 superior to standardized CINE protocols used in clinical practice at 1.5T. The 32-channel transceiver array supports one-dimensional acceleration factors of up to R = 4 without impairing image quality significantly. Conclusion The modular 32-channel transceiver cardiac array supports accelerated and high spatial resolution cardiac MRI. The array is compatible with multichannel transmission and provides a technological basis for future clinical assessment of parallel transmission techniques at 7.0T. Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1002/mrm.24903 SN - 1522-2594 VL - 72 IS - 1 SP - 276 EP - 290 PB - Wiley-Liss CY - New York ER - TY - GEN A1 - Poth, S. A1 - Monzon, M. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Lignocellulose-Bioraffinerie: Simultane Verzuckerung und Fermentation T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die am häufigsten genutzten Rohstoffe für die Produktion von Treibstoffen und Chemikalien sind fossilen Ursprungs. Da diese limitiert sind, werden im Hinblick auf die Nachhaltigkeit alternative, erneuerbare Rohstoffquellen intensiv untersucht. Vielversprechend in diesem Kontext sind die in Lignocellulose enthaltenen Zucker, die beispielsweise zur Produktion von Ethanol genutzt werden können. In der Regel sind für eine Lig-nocellulose-Bioraffinerie mehrere Prozessschritte notwendig: Vorbehandlung, Verzuckerung und Fermentation. Um diesen Prozess einfacher zu gestalten, ist es möglich, die Verzuckerung und die Fermentation in einem Schritt durchzuführen (SSF). Als Substrat wird hier Cellulose-Faserstoff verwendet, der durch das Organosolv-Verfahren aufgeschlossen wurde. Die Hydrolyse erfolgt mit kommerziell erhältlichen Enzymen und für die Fermentation zu Ethanol werden zwei Hefen verwendet. Beim SSF-Verfahren konnte, im Vergleich zur entkoppelten Verfahrensweise, trotz bestehender Unterschiede in den Temperatur-Optima von Enzymen und Hefen eine Steigerung in der Ethanol-Ausbeute von 0,15 auf 0,2 gg⁻¹ beobachtet werden. Um wirtschaftliche Ausbeuten und Konzentrationen des Produkts erzielen zu können, ist es notwendig den Prozess weiter zu optimieren. Im Einzelfall muss überprüft werden, ob diese Verfahrensweise auch für die Produktion anderer interessanter Stoffe (wie Itaconsäure, Bernsteinsäure) geeignet ist. KW - Lignocellulose-Bioraffinerie KW - Prozessintegration Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050360 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1568 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Staub, C. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Suck, K. A1 - Sohling, U. A1 - Ulber, Roland T1 - Chromatographische Aufarbeitung von Molkekonzentrat mittels mineralischer Granulate T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Molke fällt im Rahmen der Käseherstellung allein in Deutschland in Mengen von über 11 Mio. Tonnen jährlich an. Dieses Nebenprodukt wurde trotz seines Reichtums an Milchzucker und Proteinen lange Zeit kaum industriell weiterverarbeitet und stellte ein bedeutendes Problem bei der Abwasserreinigung dar. Derzeit kommen meist kosten- und reinigungsintensive Membranfiltrationsverfahren bei der Auftrennung von Molke in ihre Hauptkomponenten Lactose und Molkenprotein zum Einsatz. Die Produkte finden vorwiegend in der Nahrungsmittelindustrie Anwendung als Süßungsmittel, Proteinzusatz oder Texturbildner. Die Mehrheit des Proteins wird dabei als Konzentrat bzw. Proteinpulver verarbeitet. Wegen der antibakteriellen, antiviralen und weiteren wertvollen physiologischen Eigenschaften der Molkeproteine stellt eine weitere Aufreinigung der einzelnen Molkeproteine für die pharmazeutische Industrie einen naheliegenden zusätzlichen Wertschöpfungsschritt dar. In Kooperation mit der Süd Chemie AG wurde damit begonnen, ein Verfahren zu entwickeln, das kostengünstige mineralische Adsorbentien verwendet. Bisher konnte die Abtrennung von Lactose von den Molkenproteinen aus verdünntem Molkekonzentrat in einem Verfahrensschritt ohne Vorbehandlung des Rohstoffs erfolgreich realisiert werden. Aktuelle Arbeiten beschäftigen sich mit der Verbesserung der Proteinbindekapazitätund chromatographischen Proteinauftrennung sowie dem Upscaling zum direkten Einsatz von Molkekonzentrat ohne Vorverdünnung. KW - Adsorbentien KW - Molkenprotein Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050322 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1588 EP - 1589 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Wulfhorst, H. A1 - Mogue, N. A1 - Möhring, S. A1 - Roth, J. A1 - Ulber, Roland T1 - Spektrometrische Messung und Modellierung der enzymatischen Hydrolyse von Biomasse nach Organosolv- und Liquid Hot Water-Aufschlüssen (LHW) T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In diesem Beitrag wird die NIR- und MIR-Spektrometrie in Kombination mit multivariaten Kalibrationsmodellen zur Analyse von Monosacchariden und Cellulose aus Biomasse etabliert. Spektrengemischter Standardlösungen mit definierten Glucose- und Xylosekonzentrationen in Wasser werden im NIR-(Lambda 750, Perkin Elmer, USA) und MIR-Bereich (Spektrum 100, PerkinElmer) in Gegenwart von entweder Carboxymethylcellulose oder Grasfasern aufgenommen. Darauf basierend werden Kalibrationsmodelle (Unscrambler®, CAMO-Software AS, Norwegen) entwickelt und zur Vorhersage der Zuckerkonzentration in den Hydrolyseproben und der Celluloseanteile angewendet. Darüber hinaus wird die Partikelgröße der Rohstoffe bestimmt. Die Messergebnisse bilden die experimentelle Basis für die numerische Modellierung der Reaktionskinetik der enzymatischen Hydrolyse von Lignocellulose. Das Modell kombiniert die Bilanzierung der Partikelgrößenverteilungen mit der Multienzymkinetik. Dabei werden neben der Partikelgrößenverteilung und der Substratkonzentration die Zusammensetzung der Rohstoffe nach Vorbehandlung sowie die Produktinhibierung und mehrere enzymatische Aktivitäten berücksichtigt. Das Modell ermöglicht es, die Partikelgrößenverteilungen und die Konzentrationen der Substrate und Produkte während der Hydrolyse vorherzusagen und die kinetischen Parameter im Batch- sowie im Fed-Batch-Reaktor zu bestimmen. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450269 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1584 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Pasteur, A. A1 - Meyer, C. A1 - Kampeis, P. A1 - Diller, R. A1 - Ulber, Roland T1 - Aufreinigung von Cephalosporin C durch poröse, selektiv-beschichtete Magnetpartikel T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die selektive Isolierung von Cephalosporin C (CPC) aus komplexen Fermentationssuspensionen unter Einsatz magnetischer Separation ist das Ziel dieser Arbeit. Das Verfahren wird im frühen Stadium der Aufarbeitung genutzt, um CPC zu stabilisieren und somit die Produktausbeute zu erhöhen. Als Adsorbersysteme für CPC wurden neben einem projektinternen magnetischen Material ND 10322, dessen Oberflächenladungen spezifisch für die Bindung des Zielmoleküls synthetisiert wurden, verschiedene kommerzielle Partikelsysteme verglichen. Es konnten massenspezifische Maximalbeladungen von 51 mg g⁻¹ erreicht werden. Weiterhin wurde die Stabilität von CPC untersucht. Unter optimalen Adsorptionsbedingungen kann CPC stabilisiert werden, so dass die Geschwindigkeitskonstante der Degradation des b-Lactam-Rings unter diesen Bedingungen unter 0,005 h⁻¹ liegt. Untersuchungen zur Wiederverwertbarkeit der neuen Adsorbers zeigten eine irreversible Bindung geringer CPC-Mengen nach dem ersten Einsatz. Nach zwölf Zyklen tritt eine irreversible Bindung von CPC ein, was zu einer signifikanten Reduktion der Adsorptionsfähigkeit führt. Die Anhäufung des CPC auf dem Adsorber konnte durch IR-Untersuchungen auf die Bildung einer Peptidbindung zwischen Carboxylgruppen des CPC und Aminogruppe der Adsorberoberfläche zurückgeführt werden. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250391 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1369 EP - 1370 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Duwe, A. A1 - Sieker, T. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Grasssilage als Substrat zur fermentativen Produktion organischer Säuren T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Der zunehmende Bedarf an fossilen Rohstoffen bei gleichzeitig abnehmender Versorgungssicherheit führt zu einer intensiven Suche nach erneuerbaren Ressourcen. Ein vielversprechendes Ausgangsmaterial mit einer weltweiten Verfügbarkeit stellt Gras dar. In 2012 wurden in Deutschland 33 Millionen Tonnen (Heugewicht) Gras auf 4,82 Millionen Hektar Ackerland produziert, davon wurden 60,5 % siliert. Durch die Silierung kann Gras als Substrat zeitlich uneingeschränkt verfügbar sein, ohne dem Risiko des schnellen Verderbs ausgesetzt zu sein. Eine Schlüsselrolle im Rahmen des Silierprozesses nimmt die Produktion von Milchsäure ein. Milchsäure ist einbedeutendes biotechnologisches Produkt für die Lebensmittel- und die chemische Industrie. Im Rahmen dieser Arbeit wird die vollständige Umwandlung der fermentierbaren Zucker in der Silage zu Milchsäure angestrebt, um die maximale Ausbeute der organischen Säure zu erreichen. Im ersten Verfahrensschritt wird die Silage gepresst und der erhaltene Presskuchen einer Liquid-Hot-Water-Behandlung unterzogen. Durch diese einfache Vorbehandlung können hohe Glucoseausbeuten im nachfolgenden SSF-Schritt bei gleichzeitig geringem Enzymeinsatz und Chemikalienverbrauch realisiert werden. Zur Aufreinigung der Milchsäure wurden extraktive und chromatographische Methoden untersucht. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450345 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1400 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Wiesen, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Duwe, A. A1 - Ulber, Roland T1 - Aceton-Butanol-Ethanol (ABE)-Fermentation von Organosolv-Holzhydrolysaten T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Lösungsmittelherstellung durch Clostridien konnte wirtschaftlich nicht mit der chemischen Synthese von Lösungsmitteln auf Erdölbasis konkurrieren und wurde in den frühen 1960er Jahren nahezu vollständig eingestellt. Das Interesse an nachwachsenden Rohstoffen hat in den letzten Jahren zu einem Wiederaufleben der ABE-Fermentation geführt. Aufgrund seiner höheren Energiedichte im Vergleich zu Ethanol ist Biobutanol als Energieträgerbesonders interessant und bietet sich z. B. als Produkt einer Bioraffinerie der 2. Generation an. Für die beschriebenen Experimente wird durch das Organosolv-Verfahren aufgeschlossenes Buchenholz verwendet. Der Faserstoff wird mithilfe von CTec2-Enzymen hydrolysiert, wobei der erhaltene Überstand eine Glucosekonzentration von 66 g L⁻¹ aufweist. Auf der Basis dieses Materials können mit Clostridium acetobutylicum Butanol-Ausbeuten erzielt werden, die mit denen unter Verwendung von reinen Zuckern vergleichbar sind. Dem Problem der hohen Produktinhibierung wird mit einer In-situ-Produktaufarbeitung begegnet. Mithilfe von Lösungsmittelimprägnierten Partikeln (SIPs) kann die Produktausbeute drastisch gesteigert werden, indem die gebildeten Lösungsmittel durch das auf dem Partikel imprägnierte Lösungsmittel während der Fermentation extrahiert werden. Zudem wird hierdurch die weitere Produktaufarbeitungstark vereinfacht. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250262 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1308 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Hering, T. A1 - Pasteur, A. A1 - Wollny, S. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Magnetische Separation von Gold-Nanopartikeln zur Gluconsäure-Produktion durch Hochgradient-Magnetseparation im Labormaßstab T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Bei der Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe entsteht aus Cellulose oder Stärke u. a. das wichtige Produkt Glucose. Diese niedermolekulare Kohlenhydratquelle wird üblicherweise als Substrat für biotechnologische und chemische Synthesen verwendet. Ein wirtschaftlich interessantes Oxidationsprodukt der Glucose ist Gluconsäure, die beispielsweise als Lebensmittelzusatzstoff (E 574), in der Medizin und Metallindustrie Verwendung findet. Die Umsetzung des Monosaccharids zu Gluconsäure erfolgt entweder durch mikrobielle Fermentation oder der Oxidation an heterogenen Katalysatoren. Die Zielsetzung der Studie ist die Untersuchung der Glucoseoxidation an magnetisierbaren Gold-Nanopartikeln unter nachfolgender Bypass-Separation des Katalysators mittels einer neuen Mini-HGMS-Einheit (Hochgradient-Magnetseparation). Dieser Filtertyp ermöglicht die selektive Trennung magnetischer Partikel aus Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt oder Viskosität. Erste Ergebnisse zeigen eine Beladungskapazität des selbstkonstruierten Mini-HGMS von 550 mg goldbeschichteter magnetisierbarer Nanopartikel. Die Oxidation erfolgt bei einem pH-Wertvon 9, bei 40 °C und mit 100 mM Glucose in einem begasten Rührkesselreaktor. Das System soll zukünftig zum Katalysatorrecycling von hochviskosen und Feststoffbelasteten Produktströmen aus Bioraffinerien eingesetzt werden. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450265 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1501 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Poth, S. A1 - Monzon, M. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Enzymatische Hydrolyse von vorbehandelter Lignocellulose T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die ökonomische Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und der klimatische Wandel durch die Nutzung dieser haben zu einer intensiven Suche nach erneuerbaren Rohstoffen für die Produktion von Chemikalien und Treibstoffen geführt. Ein viel versprechender Rohstoff in diesem Zusammenhang sind Zucker, die mittels enzymatischer Hydrolyse aus Lignocellulose gewonnen und beispielsweise zu Ethanol umgesetzt werden können. Dabei ist es notwendig die Hydrolyse in Hinsicht auf das verwendete Substrat und die Verwendung der entstehenden Hydrolysate für die Fermentation von Alkohol zu optimieren. Als Substrat dienen Cellulose- und Hemicellulose-Fraktionen, die durch thermo-chemische Vorbehandlung von Holz gewonnen werden. Die Vorbehandlung erfolgt bei unserem Projektpartner am Johann Heinrich von Thünen Institut in Hamburg. Verschiedene kommerziell erhältliche Enzyme, thermostabile eingeschlossen, wurden auf ihre Fähigkeit hin untersucht, diese Fraktionen zu den entsprechenden Zuckern umsetzen zu können. Um die Konzentration an fermentierbaren Zuckern zu steigern werden verschiedene Optimierungen durchgeführt, z. B. die Erhöhung der Substrat- bzw. Enzymkonzentrationen. Ein weiterer interessanter Ansatz, welcher ebenfalls verfolgt wird, ist es die Hydrolyse und die Fermentation in einem Schritt durchzuführen. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950244 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim N1 - Das hier vorgestellte Vorhaben wird durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert: „Verbundvorhaben: Pilotprojekt Lignocellulose-Bioraffinerie, Teilvorhaben 1: Extraktverarbeitung, Enzymtechnologie, verfahrenstechnische Untersuchungen, Ökobilanzierung, Wirtschaftlichkeitsberechnungen“ (Förderkennzeichen: FNR 22027405) VL - 81 IS - 8 SP - 1049 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Wasserscheid, P. T1 - Rapid-Prototyping-Strukturen für ressourceneffiziente Prozesse in Chemie und Biotechnologie T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Teilefertigung durch Rapid Prototyping (RP) verkürzt den Weg von der Idee bis zum Produkt, wobei unter anderem Optimierungszyklen in geringer Zeit durchlaufen werden können. Ferner eröffnen neue Entwicklungen in diesem Bereich die Möglichkeit individueller Produktionsverfahren. Im Unterschied zur klassischen Fertigung von Prototypen wird beim RP mit additiver Schichtfertigung (Additive Layer Manufacturing, ALM) gearbeitet. Je nach Methode werden Flüssigkeiten oder Pulver nach Vorgaben eines 3D-Computermodells sequentiell aufgetragen. Diese Verfahren existieren seit ca. 25 Jahren, jedoch sind seit kurzem ausgesprochen günstige Geräte verfügbar, die Objekte mit Genauigkeiten bis 20 lm fertigen können. Das RP hat in klinischen Anwendungsgebieten bzw. im Bereich des Tissue Engineering bereits vielfach Einzug gefunden. Aber auch chemisch-biotechnologische Entwicklungen können von den Verfahren profitieren. So wurden Mikrofluidiksysteme und Bioreaktoren bereits erfolgreich durch RP gefertigt. Durch ALM ist ebenso die Herstellung von Reaktionseinheiten aus biokompatiblen Materialien wie ionotropen Gelen möglich. Ferner sind sehr komplexe Strukturierungen von Oberflächen im Nanometerbereich realisierbar, die für die Auftragung heterogener Katalysatoren oder auch Mikroorganismen eingesetzt werden können. Auch der Bereich Reaktoren- und Apparatebau kann von den Fortschritten in der additiven Fertigung profitieren. Verfahren wie selektives Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen erlauben es, metallische Komponenten in nahezu beliebigen Geometrien zu fertigen. Somit können Strukturen verwirklicht werden, die mit konventionellen Fertigungstechniken nur sehr schwer oder überhauptnicht herstellbar wären. Durch Anwendung von rechnergestützter Modellierung können optimale Strukturen identifiziert und additiv gefertigt werden. Eine anschließende katalytische Funktionalisierung der Oberfläche ermöglicht die Herstellung strukturierter Reaktoren mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450451 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1369 EP - 1370 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Wiesen, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Muffler, K. A1 - Sohling, U. A1 - Ruf, F. A1 - Ulber, Roland T1 - Nutzung von Rohglycerin: Rohglycerin-Aufarbeitung, Herstellung von 1, 3-Propandiol und Rückgewinnung von Fettsäuren T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die fermentative Verwertung von Rohglycerin setzt je nach Herstellungsmethode und Produktionsorganismus eine Vorbehandlung des Glycerins zur Entfernung von Produktinhibitoren voraus. Durch den Einsatz von Hydrotalcit-Adsorbern können die im Rohglycerin enthaltenen Fettsäuren entfernt werden. Durch diese einfache Aufarbeitungsmethode ist ein mit reinem Glycerin vergleichbarer Umsatz von stark mit Fettsäuren verunreinigtem Rohglycerin zu 1,3-Propandiol (PDO) möglich. Die durch den Hydrotalcit gebundenen Fettsäuren lassen sich mit einem Ethanol-Wasser-Gemisch eluieren. Somit kann der Adsorber regeneriert und die Fettsäuren wieder der Wertschöpfungskette zugeführt werden. Im Fed-Batch-Experiment kann mit C. diolis eine PDO-Konzentration von über 50 g L⁻¹ unter Verwendung des aufgereinigten Rohglycerins erzielt werden. In der industriellen Produktion wird PDO momentan destillativ aufgearbeitet. Ein adsorptives Aufarbeitungsverfahren kann den Energiebedarf des Herstellungsprozesses drastisch senken. Auf der Suche nach einem geeigneten Material wurde ein Adsorberscreening in Bezug auf die Bindungseigenschaften durchgeführt. Mit einem b-Zeolith der Firma Süd ChemieAG konnte bisher die höchste Beladung im Modellsystem von 120 mg PDO/gAdsorber erreicht werden. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250265 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1296 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Maurer, S. A1 - Pasteur, A. A1 - Kampeis, P. A1 - Ulber, Roland T1 - Hochgradient-Magnetseparation von Fermentationsprodukten–FEM Simulation der Filtermatrix T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Durch den Einsatz magnetisierbarer Partikel lassen sich Stoffwechselprodukte direkt und selektiv aus feststoffreichen Fermentationssuspensionen abtrennen. Im Gegensatz zu klassischen Adsorbermaterialien können magnetisierbare Partikel mit sehr geringen Durchmessern verwendet werden. Zur deren Abtrennung ist jedoch ein hoher Magnetfeldgradient notwendig. Dieser wird in der Regel durch in der Trennkammer bzw. dem Magnetfeld eingebrachte magnetisierbare Drähte realisiert. Bei der Auslegung der Drahtgitter ist ein Kompromiss zwischen Abtrennrate und Durchlässigkeit nötig. Die Ausrichtung der Drähte in Relation zum Magnetfeld, deren Abstand sowie die geometrische Anordnung können hierbei variiert werden. Zum Verständnis der Einflüsse auf das sich ausbildende Magnetfeld und die Fluiddynamik wurden Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode durchgeführt und experimentell überprüft. Hierfür wurden die Drähte unter Variation von Anzahl, Richtung und Anordnung in den Hochgradient-Magnetseparator eingebracht. Erste Verifizierungen der Simulationen zeigen, dass die in Magnetfeldrichtung ausgerichteten Drähte (x-Achse) über die geringste Partikelrückhaltefähigkeit verfügen. Die Drähte der y- und z-Achse halten den größten Anteil der Magnetpartikel zurück, wobei die Drähte in y-Richtung den höchsten Feldgradienten ausbilden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass eine rhomboedrische Drahtanordnung der kubischen vorzuziehen ist. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050217 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1361 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Al-Kaidy, Huschyar A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Eine Plattform-Technologie für die automatisierte Reaktionsführung in magnetisierbaren mikrofluidischen Tropfen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Üblicherweise werden biotechnologische Reaktionssysteme im mikrofluidischen Maßstab in vorstrukturierten Bauteilen oder mit auf Wellplatten basierenden Robotersystemen realisiert. In dem hier vorgestellten System werden chemische oder biologische Reaktionen mit magnetischen Mikroreaktoren (MR) durchgeführt, bei denen hydrophobe magnetische Mikropartikel einen wässrigen Kern umschließen. Solche MR bieten eine gute Kontrolle der Reaktionsbedingungen, eine verbesserte Sicherheit und Portabilität. Die neue Plattformtechnologie ermöglicht die zweidimensionale Bewegung der magnetischen MR auf einer planaren Ebene. Oberhalb oder unterhalb der Plattform werden Magnetfeldgradienten zum Manipulieren und Bewegen eines oder mehrerer magnetischer MR erzeugt. Die optimal auf die MR wirkenden magnetischen Kräfte werden experimentell ermittelt und simuliert. Die Aktivierung der Magnetfelder wird automatisiert durch elektrische Spulen mit Eisenkern bzw. Neodymmagnet gesteuert. Angewendet wurde das System beim reversiblen Öffnen von MR, um z. B. Reaktionspartner in den wässrigen Kern zu injizieren oder Proben zu entnehmen. Ferner wurde Lac-case A und b-Glucosidase auf einer Quarzglasoberfläche immobilisiert und mit einem MR zum Reagieren gebracht. Weiterhin wurden MR fusioniert und so ein wässriger Kern bestehend aus Laccase mit einem aus dem entsprechenden Substrat Syringaldazin vereint. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450424 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1419 EP - 1420 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Wollny, S. A1 - Stadtmüller, R. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Oster, J. A1 - Kampeis, P. A1 - Ulber, Roland T1 - Optimierung der selektiven Aufarbeitung von Proteinen mit Aptamer-funktionalisierten Magnetpartikeln T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Herstellung pharmakologisch relevanter Proteine durch Mikroorganismen führt eine mehrstufige Aufarbeitung mit sich. Durch die Verwendung von Aptameren, kurzen einzelsträngigen DNA- oder RNA-Oligonukleotiden immobilisiert auf funktionalisierten, wiederverwendbaren Magnetpartikeln, können mehrere dieser Abtrennungsoperationen kombiniert und damit die Prozesskosten minimiert werden. Aufgrund der definierten dreidimensionalen Struktur können Aptamere kleine organische Moleküle hochspezifisch binden. Im vorgestellten Projekt wird die Aufarbeitung von His6-GFP als Modellprotein mithilfe der mit Aptamer funktionalisierten Magnetpartikel durchgeführt. In bisherigen Versuchen wurde die Bindung von Aptameren auf den magnetischen Partikeln sowie die Bindung des Modellproteins GFP auf den Partikeln optimiert. Des Weiteren wurden mehrere Strategien zur Elution des GFPs von den Partikeln verfolgt, um den Proteinertrag zu maximieren und die Partikel rezyklieren zu können. Die Untersuchung unspezifischer Bindungen von Zelltrümmern und Proteinen an die Magnetpartikel wurde mithilfe eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops durchgeführt. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250031 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1203 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland A1 - Bart, Hans-Jörg A1 - Heinzle, E. T1 - Grüne Bioraffinerie: Ganzheitliche Nutzung von Grassilage für die Herstellung von Grund-und Feinchemikalien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Gras hat ein hohes Potenzial als nachwachsender Rohstoff. Bei ungeeigneter Lagerung verderben Gräser allerdings innerhalb weniger Tage. Dieser Nachteil kann durch die Silierung des Grasschnittes behoben werden. Eines der wichtigsten in der Silage enthaltenen Produkte ist die Milchsäure. Um diese für weitere Aufarbeitungsschritte zugänglich zu machen, wird aus der Silage ein Presssaft hergestellt. Die Milchsäure wird aus einem Silagepresssaft mittels Extraktion durch ionische Flüssigkeiten isoliert. Dabei wird zum einen eine reine Milchsäure hergestellt, die z. B. für die Herstellung von Polymilchsäure genutzt werden kann. Zum anderen wird ein weniger aufgereinigter Extrakt gewonnen, der für die fermentative Produktion von L-Lysin und 1,2-Propandiol genutzt werden soll. Im Rahmen des Projekts erfolgt die gentechnische Optimierung von Corynebacterium glutamicum für die Umsetzung von Milchsäurezu L-Lysin. Die im nach der Pressung verbleibenden Presskuchen enthaltenen Grasfasern bestehen zu einem großen Teil aus Polysacchariden. Diese werden hydrolysiert und die dabei freigesetzten Zucker zu Grundchemikalien wie Ethanol oder Itakonsäure fermentiert. Im Rahmen einer vollständigen Nutzung der Silage wird das Raffinat aus der Milchsäureextraktion als Mediumsupplement in der Fermentation eingesetzt, was die Zugabe weiterer Medienbestandteile überflüssig macht. Die Rückstände der Hydrolysen und Fermentationen sollen darüberhinaus für die Herstellung von Biogas genutzt werden. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050321 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1564 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Spelthahn, Heiko A1 - Schaffrath, Sophie A1 - Coppe, Thomas A1 - Rufi, Frederic A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Development of an electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) based capacitive heavy metal sensor for the detection of Pb2+ und Cd2+ ions JF - Physica status solidi (a) : applications and material science N2 - Chalcogenide glass materials as membranes for potentiometric sensors for chemical analysis in solutions have been studied since more than 20 years. In this work, an electrolyte–insulator–semiconductor structure was combined with chalcogenide glass membranes prepared by means of the pulsed laser deposition technique. Depending on the membrane composition a selectivity to different ions (Cd2+ and Pb2+) is achieved. The different sensor membranes have been physically characterised using microscopy, ellipsometry, profilometry, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and Rutherford backscattering spectrometry (RBS). The electrochemical behaviour has been investigated via capacitance/voltage (C/V) and constant capacitance (ConCap) measurements and results in a Cd2+ sensitivity of 23.1 ± 0.6 mV per decade in a linear range from 7 × 10−6 to 10−2 mol/l and 24.4 ± 0.5 mV per decade in a linear range from 5 × 10−6 to 10−2 mol/l for Pb2+, respectively. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.200983306 SN - 1862-6300 N1 - Special Issue: Engineering of Functional Interfaces EnFI 2009 VL - 207 IS - 4 SP - 930 EP - 934 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Wagner, Torsten A1 - Werner, Frederik A1 - Miyamoto, Ko-ichiro A1 - Ackermann, Hans-Josef A1 - Yoshinobu, Tatsuo A1 - Schöning, Michael Josef T1 - FPGA-based LAPS device for the flexible design of sensing sites on functional interfaces JF - Physica Status Solidi (A) N2 - The development of new interfaces for (bio-)chemical sensors requires comprehensive analyses and testing. The light-addressable potentiometric sensor (LAPS) can be used as a platform to investigate the sensitivity of a newly developed interface towards (bio-)chemical agents. LAPS measurements are spatially resolved by utilisation of focused light beams to define individual measurement spots. In this work, a new digitally modulated LAPS set-up based on an FPGA design will be introduced to increase the number of measurement spots, to shorten the measurement time and to improve the measurement accuracy. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.200983320 SN - 1862-6300 N1 - Special Issue: Engineering of Functional Interfaces EnFI 2009 VL - 207 IS - 4 SP - 844 EP - 849 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Reißel, Martin A1 - Hirschfeld, Julian A. A1 - Lustfeld, Hans A1 - Steffen, Bernhard T1 - Magnetotomography and Electric Currents in a Fuel Cell / Lustfeld, H. ; Reißel, M. ; Steffen, B. JF - Fuel Cells. 9 (2009), H. 4 Y1 - 2009 SN - 1615-6854 SP - 474 EP - 481 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Reisert, Steffen A1 - Henkel, Hartmut A1 - Schneider, Andreas A1 - Schäfer, Daniel A1 - Friedrich, Peter A1 - Berger, Jörg A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Development of a handheld sensor system for the online measurement of hydrogen peroxide in aseptic filling systems JF - Physica Status Solidi (A) N2 - A handheld sensor system for the online measurement of hydrogen peroxide (H2O2) in aseptic sterilisation processes has been developed. It is based on a calorimetric-type gas sensor that consists of a differential set-up of two temperature sensors, of which one is catalytically activated and the second one is passivated and used as reference. The sensor principle relies in detecting a rise in temperature on the active sensor due to the exothermic reaction of H2O2 on the catalytic surface. To characterise the sensor system towards H2O2 sensitivity and other influencing factors, measurements have been carried out both at an experimental set-up and a manufacturer's sterilisation machine. Physical sensor characterisation was done by means of the optical microscopy. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.200983304 SN - 1862-6300 N1 - Special Issue: Engineering of Functional Interfaces EnFI 2009 VL - 207 IS - 4 SP - 913 EP - 918 PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Abouzar, Maryam H. A1 - Poghossian, Arshak A1 - Siqueira, José R. Jr. A1 - Oliveira, Osvaldo N. Jr. A1 - Moritz, Werner A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Capacitive electrolyte-insulator-semiconductor structures functionalised with a polyelectrolyte/enzyme multilayer: New strategy for enhanced field-effect biosensing JF - Physica Status Solidi (A) N2 - A novel strategy for enhanced field-effect biosensing using capacitive electrolyte–insulator–semiconductor (EIS) structures functionalised with pH-responsive weak polyelectrolyte/enzyme or dendrimer/enzyme multilayers is presented. The feasibility of the proposed approach is exemplarily demonstrated by realising a penicillin biosensor based on a capacitive p-Si–SiO2 EIS structure functionalised with a poly(allylamine hydrochloride) (PAH)/penicillinase and a poly(amidoamine) dendrimer/penicillinase multilayer. The developed sensors response to changes in both the local pH value near the gate surface and the charge of macromolecules induced via enzymatic reaction, resulting in a higher sensitivity. For comparison, an EIS penicillin biosensor with adsorptively immobilised penicillinase has been also studied. The highest penicillin sensitivity of 100 mV/dec has been observed for the EIS sensor functionalised with the PAH/penicillinase multilayer. The lower and upper detection limit was around 20 µM and 10 mM, respectively. In addition, an incorporation of enzymes in a multilayer prepared by layer-by-layer technique provides a larger amount of immobilised enzymes per sensor area, reduces enzyme leaching effects and thus, enhances the biosensor lifetime (the loss of penicillin sensitivity after 2 months was 10–12%). Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.200983317 SN - 1862-6300 N1 - Special Issue: Engineering of Functional Interfaces EnFI 2009 VL - 207 IS - 4 SP - 884 EP - 890 PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Kirchner, Patrick A1 - Ng, Yue Ann A1 - Spelthahn, Heiko A1 - Schneider, Andreas A1 - Henkel, Hartmut A1 - Friedrich, Peter A1 - Kolstad, Jens A1 - Berger, Jörg A1 - Keusgen, Michael T1 - Gas sensor investigation based on a catalytically activated thin-film thermopile for H2O2 detection JF - Physica Status Solidi (A) N2 - In aseptic filling systems, hydrogen peroxide vapour is commonly used for the reduction of microbial contaminations in carton packages. In this process, the germicidal efficiency of the vapour depends especially on the H₂O₂ concentration. To monitor the H₂O₂ concentration, a calorimetric H₂O₂ gas sensor based on a catalytically activated thin-film thermopile is investigated. Two different sensor layouts, namely a circular and a linear form, as well as two various material pairs such as tungsten/nickel and gold/nickel, have been examined for the realization of a thin-film thermopile. Additionally, manganese oxide and palladium particles have been compared as responsive catalysts towards H₂O₂. The thin-film sensors have been investigated at various H₂O₂ concentrations, gas temperatures and flow rates. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.200983309 SN - 1862-6300 N1 - Special Issue: Engineering of Functional Interfaces EnFI 2009 VL - 207 IS - 4 SP - 787 EP - 792 PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Buniatyan, Vahe V. A1 - Abouzar, Maryam H. A1 - Martirosyan, Norayr W. A1 - Schubert, Jürgen A1 - Gevorgian, Spartak A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Poghossian, Arshak T1 - pH-sensitive properties of barium strontium titanate (BST) thin films prepared by pulsed laser deposition technique JF - Physica Status Solidi (A) N2 - pH-sensitive properties of barium strontium titanate (BST) high-k thin films as alternative gate material for field-effect capacitive (bio-)chemical sensors based on an electrolyte-insulator-semiconductor system have been investigated. The BST films of different compositions (Ba0.31Sr0.69TiO3, Ba0.25Sr0.75TiO3 and Mg-doped Ba0.8Sr0.2Mg0.1Ti0.9O3) were deposited by pulsed laser deposition technique from targets fabricated by self-propagating high-temperature synthesis. The realised sensors have been electrochemically characterised by means of impedance-spectroscopy, capacitance–voltage and constant-capacitance method. The sensors possess a Nernstian-like pH sensitivity in the concentration range between pH 3 and 11 with a response time of 5–10 s. An equivalent circuit model for the BST-based capacitive field-effect sensor is discussed. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.200983310 SN - 1862-6300 N1 - Special Issue: Engineering of Functional Interfaces EnFI 2009 VL - 207 IS - 4 SP - 824 EP - 830 PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Turek, Monik A1 - Heiden, Wolfgang A1 - Guo, Sharon A1 - Riesen, Alfred A1 - Schubert, Jürgen A1 - Zander, Willi A1 - Krüger, Peter A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Simultaneous detection of cyanide and heavy metals for environmental analysis by means of µISEs JF - Physica Status Solidi (A) N2 - In environmental analysis, cyanide and heavy metals play an important role, because these substances are highly toxic for biological systems. They can lead to chronic and acute diseases. Due to the chemical properties of cyanide it is frequently used for industrial processes such as extraction of silver and gold. Heavy metals can be found as trace elements in nature and are often applied in industries e.g., galvanization processes. Up to now, cyanide and heavy metals can be detected by several sensors separately and their detection is often limited to laboratory investigations. In this publication, with regard to an in situ analysis, a new miniaturized silicon-based sensor system for the simultaneous detection of cyanide and heavy metals in aqueous solutions is presented that is based on chalcogenide glass-based micro ion-selective electrodes (µISEs). The µISEs are incorporated into a specially designed measuring system for the simultaneous detection of heavy metals and cyanide in solutions and validated by simultaneous measurements of Cu2+- and CN−-ions, Cd2+- and CN−- ions and Pb2+- and CN−-ions. The particular sensor system has shown good sensor properties in the µ-molar ion-concentration range. For simultaneous measurements in complex heavy metal and cyanide solutions an intelligent software using fuzzy logic is discussed. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.200983303 SN - 1862-6300 N1 - Special Issue: Engineering of Functional Interfaces EnFI 2009 VL - 207 IS - 4 SP - 817 EP - 823 PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Siqueira, José R. Jr. A1 - Bäcker, Matthias A1 - Poghossian, Arshak A1 - Zucolotto, Valtencir A1 - Oliveira, Osvaldo N. Jr. A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Associating biosensing properties with the morphological structure of multilayers containing carbon nanotubes on field-effect devices JF - Physica Status Solidi (A) N2 - The control of molecular architecture provided by the layer-by-layer (LbL) technique has led to enhanced biosensors, in which advantageous features of distinct materials can be combined. Full optimization of biosensing performance, however, is only reached if the film morphology is suitable for the principle of detection of a specific biosensor. In this paper, we report a detailed morphology analysis of LbL films made with alternating layers of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and polyamidoamine (PAMAM) dendrimers, which were then covered with a layer of penicillinase (PEN). An optimized performance to detect penicillin G was obtained with 6-bilayer SWNT/PAMAM LbL films deposited on p-Si-SiO2-Ta2O5 chips, used in biosensors based on a capacitive electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) and a light-addressable potentiometric sensor (LAPS) structure, respectively. Field-emission scanning electron microscopy (FESEM) and atomic force microscopy (AFM) images indicated that the LbL films were porous, with a large surface area due to interconnection of SWNT into PAMAM layers. This morphology was instrumental for the adsorption of a larger quantity of PEN, with the resulting LbL film being highly stable. The experiments to detect penicillin were performed with constant-capacitance (ConCap) and constant-current (CC) measurements for EIS and LAPS sensors, respectively, which revealed an enhanced detection signal and sensitivity of ca. 100 mV/decade for the field-effect sensors modified with the PAMAM/SWNT LbL film. It is concluded that controlling film morphology is essential for an enhanced performance of biosensors, not only in terms of sensitivity but also stability and response time. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.200983301 SN - 1862-6300 N1 - Special Issue: Engineering of Functional Interfaces EnFI 2009 VL - 207 IS - 4 SP - 781 EP - 786 PB - Wiley-VCH CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Raue, Markus A1 - Wambach, M. A1 - Glöggler, Stefan A1 - Grefen, Dana A1 - Kaufmann, R. A1 - Abetz, C. A1 - Georgopanos, Prokopios A1 - Handge, U. A. A1 - Mang, Thomas A1 - Blümich, Bernhard A1 - Abetz, V. T1 - Investigation of historical hard rubber ornaments of Charles Goodyear JF - Macromolecular chemistry and physics Y1 - 2014 SN - 1022-1352 VL - Vol. 215 IS - No. 3 SP - 245 EP - 254 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Duwe, A. A1 - Poth, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Itaconsäureherstellung aus Buchenholz-Hydrolysaten T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Aus hölzernen Cellulosen und Hemicellulosen können durch enzymatische Hydrolyse fermentierbare Zucker für die Herstellung von Chemikalien und Treibstoffen gewonnen werden. Die bisherige Forschung fokussiert sich oft auf die Nutzung dieser Zucker zur Gewinnung von Ethanol. Daneben muss aber auch die stoffliche Nutzung zur Gewinnung von Grundchemikalien berücksichtigt werden. Eine solche Grundchemikalie ist Itakonsäure. Obwohl die biotechnologische Itaconsäureproduktion bereits eingehend untersucht und etabliert ist, gestaltet sie sich im Rahmen von Bioraffinerien der zweiten Generation als schwierig, da der überwiegend verwendete Produktionsorganismus gegen eine weite Bandbreite von Inhibitoren sensibel ist. Die Herstellung von Itaconsäure aus Buchenholzhydrolysaten wird im Rahmen der deutschen Lignocellulose-Bioraffinerie entwickelt. Die unbehandelten Hydrolysate ermöglichen weder das Wachstum von Aspergillus terreus noch die Bildung von Itaconsäure. Daher werden Möglichkeiten zur Konditionierung des Hydrolysates mit dem Ziel einer Itaconsäureproduktion mit hohen Ausbeuten und Konzentrationen vorgestellt. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250414 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe N1 - Die präsentierte Arbeit wird vomBMELV über die FNR gefördert (Förderkennzeichen 22019409). VL - 84 IS - 8 SP - 1300 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Möhring, S. T1 - Nutzung von Fäulepilzen für die selektive Gewinnung von Cellulose und Lignin aus nicht vorbehandelter lignocellulosehaltiger Biomasse T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Einige Arten der Braun- und Weißfäulepilze sind in der Lage, selektiv entweder Lignin oder Cellulose im Holz abzubauen. Diese Pilze können für eine energiesparende Vorbehandlung lignocellulosehaltiger Biomasse für Bioraffinerien genutzt werden, ohne auf technisch aufwändige Aufschlussapparate zurückgreifen zu müssen. Weißfäulepilze bauen bevorzugt Lignin ab, wodurch die verbleibende Cellulose leichter für enzymatische Hydrolysen in das Monosaccharid Glucose zugänglich wird. Braunfäulepilze bauen dagegen Cellulose und Hemicellulose ab. Die Auswirkungen der Behandlung von Weizenstroh mit verschiedenen Pilzarten werden zurzeit untersucht. Dabei werden die Veränderung der enzymatischen Hydrolysierbarkeit des Substrats sowie die gebildeten Ligninderivate bestimmt. Detaillierte Betrachtungen der Biomasseveränderung werden mithilfe spezifischer Färbemethoden durchgeführt, durch die morphologische Veränderungen der Pflanzengewebe in der 3D-Lichtmikroskopie dargestellt werden können. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450353 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen N1 - Diese Arbeit wird durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über die FNR e.V. unter dem Projektnamen „Lokale Vorbehandlung nachwachsender Rohstoffe für Bioraffinerien“ gefördert (FKZ 22028411) VL - 86 IS - 9 SP - 1385 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Rezension zu: Encyclopedia of Industrial Biotechnology, Vol. 1–7. By MC Flickinger. JF - Chemie Ingenieur Technik Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201290052 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) VL - 6 IS - 84 SP - 936 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Wollny, S. A1 - Al-Kaidy, Huschyar A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Prozessintegrierte Magnetseparation im Labormaßstab mittels High-Gradient Magnetic Separator (HGMS) T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Hochgradient-Magnetseparation (HGMS) stellt eine Alternative zu konventionellen Methoden der Proteinaufarbeitung wie Filtration und Chromatographie dar und dient zudem als Prozessintensivierung. Bisherige Separatoren sind für Anwendungen von mehreren Litern Prozessvolumina Fermentationsmedium und Gramm Magnetpartikel ausgelegt. Bei der Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetpartikeloberflächen ist die Verfügbarkeit großer Mengen nicht gegeben. Bisherige Filterkammern erhöhen zudem den Arbeitsaufwand und verursachen größere Partikelverluste bei Spülvorgängen oder der Reinigung aufgrund der Partikeladsorption. Für Anwendungen im Maßstab < 500 mL wird deshalb ein Miniatur-Hochgradientfilter (miniHGF) entwickelt. Das Modell wird im 3D-Drucker Makerbot Replicator 2 gefertigt und magne-isierbare Drähte zur Partikelabscheidung eingesetzt. Die Vergleichbarkeit mit einem etablierten Magnetseparator wird anhand der Aufnahme von Durchbruchskurven und Bestimmung der Filtereffizienz untersucht. Die Praxistauglichkeit mit kleinen Volumina wird in wiederholten Batch-Versuchen mit auf Magnetpartikeln immobilisiertem Enzym und einem kolorimetrischen Assay geprüft. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450618 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1507 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Wiesen, S. A1 - Thiel, A. A1 - Muffler, K. A1 - Ulber, Roland T1 - Biotechnologische Wertstoffgewinnung entlang der Prozessketten Grüner und Pflanzenöl-Bioraffinerien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Der nachwachsende Rohstoff Raps ist in großen Mengen verfügbar und eine Quelle für Biomoleküle mit hohem Wertschöpfungspotenzial. Entwicklungen zur biotechnologischen Wertstoffgewinnung werden dabei schwerpunktmäßig in den Bereichen Aufarbeitung und Funktionalisierung von Polyphenolen und Fetten betrieben. Bei der Verarbeitung der Pflanzenmaterialien werden dabei insbesondere Verfahren zur adsorptiven Aufreinigung und Auftrennung mittels Materialien mit modifizierten Bleicherden und anderen organischen oder anorganischen Adsorbentien untersucht. Ferner wurden für die Aufreinigung von Polyphenolen adsorptive sowie extraktive Prozesse entwickelt. Bei den Entwicklungen wird berücksichtigt, dass Bioraffinerien auf eine fortwährende Gewährleistung eines hohen Produktions- bzw. Lieferbedarfs nachwachsender Rohstoffe angewiesen sind. Somit werden Optionen dezentraler regionaler Vorbehandlungs- und Wertschöpfungsketten in der Nähe landwirtschaftlicher Betriebe einbezogen. Neben neuen Aufreinigungsverfahren werden mikrobielle und enzymatische Prozesse zur wertsteigernden Umsetzung von Glycerin, Polyphenolen und Zuckermonomeren vorgestellt sowie Limitierungen nachwachsender Rohstoffe der 2. Generation diskutiert. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450283 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen N1 - Diese Arbeiten werden vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft durch den Projektträger FNR e. V. im Rahmen des Projekts FKZ22022908 gefördert VL - 86 IS - 9 SP - 1605 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Capitain, C. A1 - Hering, T. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Enzymatische Polymerisation von Ligninmodellkomponenten und Organosolv-Lignin mit aromatischen Aminosäuren T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die stoffliche Nutzung von Lignin aus Bioraffinerien ist ein wichtiger Bestandteil für den Wertschöpfungsprozess von nachwachsenden, pflanzlichen Rohstoffen. Lignin zählt zu den wenigen erneuerbaren Quellen für phenolische Bestandteile, wird aber derzeit meist nur thermisch verwertet. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Funktionalisierung von Lignin zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften. Als funktionelle Gruppe wird die aromatische Aminosäure L-DOPA verwendet, die charakteristisch für die Adhäsionskraft von Muscheln ist. Lignin ist ein geeignetes Stützgerüst, da es ein Polymer ist, das durch enzymkatalysierte Polymerisation gebildet wird. Essenziell für die Entwicklung ist ein besseres Verständnis über die Bildung von Lignin-Polymeren und deren verschiedene Eigenschaften. Um die Einflussfaktoren auf Kettenlänge und Polymerisationseffizienz zu untersuchen, werden zurzeit sowohl Ligninmodellkomponenten (LMK) als auch gelöstes Organosolv-Lignin verwendet. Laufende Untersuchungen werden zeigen, ob sich die enzymatische Polymerisationsreaktion auf ein gelöstes Ligninpolymer aus einem Organosolv-Aufschluss übertragen lässt. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650374 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1236 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Muffler, K. A1 - Ulber, Roland T1 - Herstellung von Ethanol, Phenolsäuren, organischen Säuren und Biogas durch vollständige Nutzung von Grassilage in einer Bioraffinerie T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Gräser sind in der Lage, einen großen Teil der für eine biobasierte Wirtschaft benötigten Biomasse zur Verfügung zustellen. Um eine ganzjährige Nutzung des Grases zu gewährleisten, muss eine stabile Lagerung des Grases erreicht werden, was z. B. durch Silieren möglich ist. Die konservierende Wirkung der Silierung beruht auf der Bildung organischer Säuren. Um diese zu gewinnen, wird die Silage gepresst, die organischen Säuren über Flüssig/Flüssig-Extraktion aus dem Presssaft abgetrenntund mittels chromatographischer Methoden weiter aufgereinigt. Im präsentierten Konzept werden die im Presskuchen enthaltenen Lignocellulosen hydrolysiert und die erhaltenen Monosaccharide zu Ethanol fermentiert. Die Phenolsäuren, die in Gräsern die Rolle des Lignins übernehmen, können simultan mit der Hydrolyse der Polysaccharide enzymatisch abgetrennt und als Nebenprodukt gewonnen werden. Die nach der Abtrennung des Ethanols verbleibenden Fermentationsreststoffe werden für die Herstellung von Biogas verwendet. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250415 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe N1 - Die präsentierte Arbeit wird vom BMELV über die FNR gefördert (Förder-kennzeichen 22025407). VL - 84 IS - 8 SP - 1297 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Engel, M. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Einfluss eines Phenazin-Mediators und elektrischen Potenzials auf die Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In den letzten Jahren haben nachhaltige, biotechnologische Prozesse zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation (ABE-Fermentation) mit dem anaeroben Bakterium Clostridium acetobutylicum zur Gewinnung von Biobutanol könnte in diesem Zusammenhang eine Möglichkeit der nachhaltigen Kraftstoffproduktion darstellen. In dieser Arbeit wird der Einfluss zusätzlich verfügbarer Elektronen durch den Einsatz des Phenazin-Farbstoffs Neutralrot als Redoxmediator sowie das Anlegen eines elektrischen Potenzials während der ABE-Fermentation untersucht. Es wird gezeigt, dass das Neutralrot keinen Einfluss auf die Leerlaufspannung von ca. 500 mV vs. Ag/AgCl während der Fermentation hat. Der Mediator bewirkt allerdings eine frühere Butanolbildung sowie höhere Butanolkonzentrationen. Wird zudem die Mediatorkonzentration von 125 mM auf 250 mM angehoben, wird dabei auch die maximale Butanolkonzentration um 36 % ± 1,8 % innerhalb von28 Stunden gesteigert. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650105 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1254 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Stadtmüller, R. A1 - Wollny, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Amplifikation und Einsatz von ssDNA-Aptameren T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die wachsende Produktpalette von z. B. Pharmazeutika geht mit einer steigenden Nachfrage für hochsensitive/schonende Aufreinigungstechniken einher. Bisherige Verfahren führen oft zu geringer Reinheit und verminderter Bioaktivität, zeigen eine Limitation der Analytengröße oder bedingen dessen Modifikation. Durch die Kombination von mikroskaligen Magnetpartikeln und spezifisch wechselwirkenden Einzelstrang-DNA-Oligonukleotiden, den sog. ssDNA-Aptameren, sind eine höhere Selektivität/Reinheit und eine Automatisierung möglich. In diesem Kontext werden zum einen ssDNA-Amplifikationstechniken und zum anderen der praktische Einsatz von Aptameren in einer Magnetseparation vorgestellt. Die ssDNA-Synthese basiert auf einem In-vivo-dsDNA-Produktionsschritt mittels eines rekombinanten Escherichia coli. Die als High-copy-Plasmid organisierte Sequenz wird in vitro durch Kombination verschiedener enzymatischer Reaktionen in die funktionelle ssDNA überführt. Diese Technik bedingt nur minimale Instrumentierung bzw. Prozessregelung. Die zweite Synthesetechnik wird in Form eines In-vitro-Amplifikationsverfahrens realisiert und beruht auf dem Prinzip einer PCR (Potenzial zu einer Automatisierung bzw. Miniaturisierung). Die gewonnenen Aptamere werden im Anschluss in einem auf Magnetpartikeln basierten Trennverfahren zur Isolationvon 6xHis-tag-Proteinen bezüglich ihrer Eigenschaften untersucht. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250112 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1294 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Duwe, A. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Leipold, D. A1 - Riemer, S. A1 - Zorn, H. A1 - Ulber, Roland T1 - Holzhydrolyse als Feststoffreaktion: Charakterisierung von Inhibitoren und Erhöhung der Ausbeute durch den Einsatz lignolytischer Enzyme T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Der Erhalt möglichst hoher Zuckerkonzentrationen für nachfolgende Fermentationen und eine Steigerung der Produktivität sind Ziele der Hydrolyse bei hohen Feststoffkonzentrationen im Rahmen des Projekts „Lignocellulose Bioraffinerie“. Verwendet wird durch ein Organosolv-Verfahren aufgeschlossenes Buchenholz. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von CTec2-Enzymen (Fa. Novozymes). Zurzeit können unter Einsatz eines neuen Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L⁻¹ enzymatisch hydrolysiert werden. Dabei werden Ausbeuten (g Glucose/g Cellulose im Faserstoff) bis 0,86 g g⁻¹ und Glucosekonzentrationenvon 120 g L⁻¹ erreicht. Ein Nachteil ist jedoch die hierbei auftretende Abnahme der Hydrolyseausbeuten. Zahlreiche Limitierungen bezüglich der Hydrolysierbarkeit von Lignocellulose werden zurzeit diskutiert und publiziert. Ziel der Untersuchungen ist die Identifizierung hydrolysehemmender Substanzen sowie die Erhöhung der Ausbeute an Zuckermonomeren durch den Einsatz lignolytischer Enzyme. Hierbei wird eine HPLC-MS-Methode zur Charakterisierung hemmender Substanzen eingesetzt, um potenzielle Inhibitoren zu erfassen. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250298 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1307 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER -