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Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst neuartige ionische Agarosederivate synthetisiert und anschließend umfassend charakterisiert. Anionische Agarosesulfate mit einer regioselektiven Derivatisierung in Position G6 wurden durch homogene Umsetzung in ionischer Flüssigkeit erhalten. Kationische Agarosecarbamate mit einstellbarem Funktionalisierungsgrad waren durch einen zweistufigen Syntheseansatz zugänglich. Hierzu wurden zunächst Agarosephenylcarbonate in einer homogenen Synthese hergestellt, im Anschluss folgte eine Aminolyse zu den gewünschten funktionalen Agarosederivaten. Die ionischen Agarosederivate waren bereits bei geringen Funktionalisierungsgraden vollständig löslich in Wasser. Damit war es möglich, Alginatmikrokapseln polyelektrolytisch zu beschichten und diese als Träger für eine kontrollierte Wirkstofffreisetzung zu verwenden. Ebenfalls konnten Kompositgele aus Agarose, Hydroxyapatit und Agarosederivaten hergestellt und charakterisiert werden. Im zweiten Teil wurden sowohl die Kompositträgermaterialien als auch die Alginatmikrokapseln mit vier verschiedenen Modellwirkstoffen (ATP, Suramin, Methylenblau und A740003) beladen und die Wirkstofffreisetzung über einen Zeitraum von zwei Wochen untersucht. Für die ionischen Modellwirkstoffe erwiesen sich Kompositträgermaterialien mit ionischem Agarosederivat, die beschichteten Mikrokapseln sowie die Kombination aus Komposit und Kapseln als effektiv, um die Freisetzung auf bis zu 40% zu verlangsamen. Für die schlecht wasserlösliche Substanz A740003, ein Rezeptorligand für die osteogene Differenzierung von Stammzellen, wurde eine stark verzögerte Freisetzung aus Polyelektrolytemikrokapseln festgestellt. Mithilfe von literaturbekannten und neu entwickelten Anpassungsmodellen gelang es, die Diffusion als Hauptmechanismus der Wirkstofffreisetzung zu identifizieren und die Freisetzungskurven mathematisch akkurat zu beschreiben und daraus Rückschlüsse über die einzelnen Phasen der Freisetzung zu ziehen.
Background: the potency of drugs that interfere with glucose metabolism, i.e., glucose transporters (GLUT) and nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT) was analyzed in neuroendocrine tumor (NET, BON-1, and QPG-1 cells) and small cell lung cancer (SCLC, GLC-2, and GLC-36 cells) tumor cell lines. (2) Methods: the proliferation and survival rate of tumor cells was significantly affected by the GLUT-inhibitors fasentin and WZB1127, as well as by the NAMPT inhibitors GMX1778 and STF-31. (3) Results: none of the NET cell lines that were treated with NAMPT inhibitors could be rescued with nicotinic acid (usage of the Preiss–Handler salvage pathway), although NAPRT expression could be detected in two NET cell lines. We finally analyzed the specificity of GMX1778 and STF-31 in NET cells in glucose uptake experiments. As previously shown for STF-31 in a panel NET-excluding tumor cell lines, both drugs specifically inhibited glucose uptake at higher (50 μM), but not at lower (5 μM) concentrations. (4) Conclusions: our data suggest that GLUT and especially NAMPT inhibitors are potential candidates for the treatment of NET tumors.
The French–Italian Concordia Research Station, situated on the Antarctic Polar Plateau at an elevation of 3233 m above sea level, offers a unique opportunity to study the presence and variation of microbes introduced by abiotic or biotic vectors and, consequently, appraise the amplitude of human impact in such a pristine environment. This research built upon a previous work, which explored microbial diversity in the surface snow surrounding the Concordia Research Station. While that study successfully characterized the bacterial assemblage, detecting fungal diversity was hampered by the low DNA content. To address this knowledge gap, in the present study, we optimized the sampling by increasing ice/snow collected to leverage the final DNA yield. The V4 variable region of the 16S rDNA and Internal Transcribed Spacer (ITS1) rDNA was used to evaluate bacterial and fungal diversity. From the sequencing, we obtained 3,352,661 and 4,433,595 reads clustered in 930 and 3182 amplicon sequence variants (ASVs) for fungi and bacteria, respectively. Amplicon sequencing revealed a predominance of Basidiomycota (49%) and Ascomycota (42%) in the fungal component; Bacteroidota (65.8%) is the main representative among the bacterial phyla. Basidiomycetes are almost exclusively represented by yeast-like fungi. Our findings provide the first comprehensive overview of both fungal and bacterial diversity in the Antarctic Polar Plateau’s surface snow/ice near Concordia Station and to identify seasonality as the main driver of microbial diversity; we also detected the most sensitive microorganisms to these factors, which could serve as indicators of human impact in this pristine environment and aid in planetary protection for future exploration missions.
In memoriam Willy Lehnert
(2023)
This research studies in detail four different assays, namely DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl), ABTS (2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)), FRAP (ferric ion reducing antioxidant potential) and FC (Folin-Ciocalteu), to determine the antioxidant capacity of standard substances as well as 50 organosolv lignins, and two kraft lignins. The coefficient of variation was determined for each method and was lowest for ABTS and highest for DPPH. The best correlation was found for FRAP and FC, which both rely on a single electron transfer mechanism. A good correlation between ABTS, FRAP and FC, respectively, could be observed, even though ABTS relies on a more complex reaction mechanism. The DPPH assay merely correlates with the others, implying that it reflects different antioxidative attributes due to a different reaction mechanism. Lignins obtained from paulownia and silphium have been investigated for the first time regarding their antioxidant capacity. Paulownia lignin is in the same range as beech wood lignin, while silphium lignin resembles wheat straw lignin. Miscanthus lignin is an exception from the grass lignins and possesses a significantly higher antioxidant capacity. All lignins possess a good antioxidant capacity and thus are promising candidates for various applications, e. g. as additives in food packaging or for biomedical purposes.
Lignin ist ein aromatisches Biopolymer, das in den Zellwänden von Pflanzen vorkommt. Es ist hauptsächlich aus drei sogenannten Monolignolen (p-Hydroxyphenyl (H), Guajakol (G) und Syringol (S)) aufgebaut, die über verschiedene Bindungen miteinander verknüpft sein können, und enthält eine Vielzahl an funktionellen Gruppen. Interessant für die Verwendung von Lignin sind dabei insbesondere die vielen phenolischen Hydroxygruppen, die als Ausgangsstoff bei der Synthese neuer Produkte dienen können, daneben aber auch für seine antioxidativen Eigenschaften verantwortlich sind. Da Struktur und Eigenschaften von vielen Faktoren wie Biomasse und Aufschlussprozess abhängen, ist eine detaillierte Charakterisierung der Lignine nötig, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen aufzuklären und so einen Schritt näher an eine mögliche stoffliche Nutzung zu kommen. Mit dieser Arbeit soll der Einfluss der Biomasse inklusive der verwendeten Partikelgröße sowie des Organosolv-Aufschlussprozesses auf die Monomerzusammensetzung, das Molekulargewicht und die Antioxidanz der isolierten Lignine untersucht werden.
Als Rohstoffe zur Ligningewinnung dienen die drei mehrjährigen lignocellulosereichen Low-Input-Pflanzen Miscanthus x giganteus, Silphium perfoliatum und Paulownia tomentosa, die momentan hauptsächlich zur Energiegewinnung genutzt werden. Im Rahmen der Bioökonomiestrategie der Europäischen Union soll der Schwerpunkt zukünftiger Bioraffinerien jedoch auf eine ganzheitliche Nutzung von Biomassen gelegt und so auch die stoffliche Nutzung fokussiert werden. Zusätzlich zu diesen drei Pflanzen werden auch Organosolv-Lignine aus den in der Literatur bereits gut beschriebenen Biomassen Weizenstroh und Buchenholz isoliert, und zwei Nadelholz-Kraft-Lignine als Vergleich herangezogen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Art der Biomasse hauptsächlich die Monomerzusammensetzung beeinflusst: Gräser bestehen aus allen drei Monolignolen, Laubhölzer mehrheitlich aus S- und G-Einheiten, während Nadelhölzer nur aus G-Einheiten aufgebaut sind. Die Holzlignine besitzen zudem höhere Molekulargewichte sowie bessere antioxidative Eigenschaften als die Gras- und Krautlignine. Mit der feineren Vermahlung der Biomasse kann die Monomerzusammensetzung beeinflusst werden: der Einsatz kleinerer Partikelgrößen führt zu Ligninen mit einem höheren Gehalt an H-Einheiten, sowohl für Miscanthus als auch für Paulownia. Außerdem kann bei Paulownia die Ausbeute gesteigert und eine Zunahme des Molekulargewichtes beobachtet werden, wenn die kleinste Siebfraktion für den Organosolv-Aufschluss verwendet wird. Einen größeren Einfluss als der Mahlgrad der Biomasse haben die Autohydrolyse sowie der Organosolv-Aufschlussprozess selbst. Die Monomerzusammensetzung ändert sich aufgrund derselben Biomasse zwar kaum, die Bindungstypen zwischen den Monolignolen dagegen schon. Mit höherer Prozessstärke (Zeit, Temperatur, Ethanol-Konzentration) werden Etherbindungen gespalten, was den Anteil an phenolischen Hydroxygruppen und somit die Antioxidanz erhöht. Neben dieser Depolymerisation werden partiell auch Rekondensationsreaktionen beobachtet.
Die erzielten Ergebnisse liefern einen Beitrag zum Verständnis des Zusammenhangs zwischen Ligninquelle und -gewinnung mit der daraus resultierenden Ligninstruktur und Antioxidanz und bieten damit eine Grundlage für den Wandel von der energetischen hin zu einer nachhaltigen stofflichen Nutzung dieses nachwachsenden Biopolymers. Gerade über die Wahl der Aufschlussparameter können Struktur und Antioxidanz gezielt beeinflusst werden, was in zukünftigen Studien weiter fokussiert werden sollte.
Analytical Chemistry I
(2023)
This workbook takes you through the successful work Harris, Textbook of Quantitative Analysis and is designed primarily for self-study. In five parts, the lecture content of analytical chemistry is summarized and explained using selected examples. Basic concepts of analytical chemistry are presented as well as the principle and various techniques of dimensional analysis and chromatography. UV/VIS, infrared and Raman spectroscopy are used to explain the investigation of molecularly present compounds, and selected techniques of atomic spectroscopy conclude the introduction to the fundamentals of analysis. The textbook's essential sections and illustrations are repeatedly referred to, which facilitates independent learning of the fundamentals of analytical chemistry.