Microrespirometry with sensor-equipped microtiterplates [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Sarina Arain

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• Publié par: universitat_regensburg
• Publié le: 01 janvier 2006
• Nombre de lectures: 38
• Langue: Deutsch
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Extrait

Microrespirometry with Sensor-Equipped
Microtiterplates
DISSERTATION ZUR ERLANGUNG
DES DOKTORGRADES DER NATURWISSENSCHAFTEN
(DR. RER. NAT.)
DER FAKULTÄT CHEMIE UND PHARMAZIE
DER UNIVERSITÄT REGENSBURG
vorgelegt von
Sarina Arain
aus Neuss
Februar 2006Diese Doktorarbeit entstand in der Zeit von April 2001 bis Januar 2006 am Institut für
Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik an der Universität Regensburg.
Die Arbeit wurde angeleitet von Prof. Dr. Ingo Klimant.
Promotionsgesuch eingereicht am 31.01.2006
Kolloquiumstermin: 17.02.2006
Prüfungsausschuss: Vorsitzender: Prof. Dr. W. Kunz
Erstgutachter: Prof. Dr. O. S. Wolfbeis
Zweitgutachter: Prof. Dr. I. Klimant
Drittprüfer: Prof. Dr. A. GöpferichFür die Erkenntnis gibt es keine
endgültigen Ziele, sondern der Fortschritt
der Erkenntnis ist nichts als eine
Differenzierung der Fragestellungen.
Hermann Hesse
The most exciting phrase to hear in
science, the one that heralds new
discoveries, is not 'Eureka!' (I found it!) but
'That's funny ...'
Isaac Asimov
I've come up with a set of rules that
describe our reactions to technologies:
1. Anything that is in the world when you're
born is normal and ordinary and is just a
natural part of the way the world works.
2. Anything that's invented between when
you're fifteen and thirty-five is new and
exciting and revolutionary and you can
probably get a career in it.
3. Anything invented after you're thirty-five
is against the natural order of things.
Douglas AdamsDanksagung
Diese Doktorarbeit entstand in der Zeit zwischen April 2001 und Januar 2006 am
Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik der Universität Regensburg.
Mein erster Dank gilt Prof. Wolfbeis für die ausgezeichneten Arbeitsbedingungen am
Lehrstuhl und die Möglichkeit, an zahlreichen nationalen und internationalen
Konferenzen teilzunehmen.
Prof. Ingo Klimant gebührt besonderer Dank für die trotz beträchtlicher räumlicher
Distanz hervorragende Betreuung der Arbeit und sein reges Interesse am Fortschritt
derselbigen. Die zahlreichen Diskussionen, u.a. über Simulationen bzgl.
Sauerstoffeintrag und Alternativen zu Tolkiens Lösung, den EINEN Ring fachgerecht
zu entsorgen, haben sehr zum Gelingen der Arbeit beigetragen.
Ganz herzlich möchte ich meiner langjährigen Laborgenossin Claudia Schröder
danken für die sehr schöne gemeinsame Laborzeit inklusive Faschingstreiben und
diversen Pizzas auf dem Balkon.
Ein großes Dankeschön gebührt Dr. Gernot “Timetable” John für die gute Betreuung
v.a. am Anfang dieser Arbeit und seine steten, wenngleich größtenteils vergeblichen
Bemühungen, mir das Aufstellen (erfolgreich) und Einhalten (weniger) von Zeitplänen
nahezubringen.
Bei den ehemaligen und jetzigen Mitgliedern des Lehrstuhls, vor allem Dr. Gregor
Liebsch, der mir alles, was ich jemals über Excel wissen wollte, beibrachte, meinem
ehemaligen und zukünftigen Kollegen Dr. Athanasios Apostolidis, Dr. Torsten Mayr,
Dr. Bernhard “BMW” bzw. “Wittgem” Weidgans, Dr. Bianca Höfelschweiger
(geborene Wetzl), Anna Vasilevskaya, Dr. Sergey Borisov, Gisela Hierlmeier, Petra
Suchomel und Doris Burger, möchte ich mich für die sehr gute Atmosphäre am
Lehrstuhl und die vielen vielen Geburtstagskuchen bedanken!
Meinem Laborkollegen Matthias Stich gebührt ein Extra-Dank für das schnelle und
farbige Ausdrucken der Exemplare, dafür, dass er mich in dem großen einsamenLabor nicht alleine gelassen hat, und für’s Kaffeekochen inklusive Lieferservice bis
an den Schreibtisch.
Ein herzlicher Dank geht an die gute Seele des Lehrstuhls, Edeltraud Schmid, die mit
ihrem unermüdlichen Einsatz den Lehrstuhl mit stets guter Laune und großartigem
Organisationstalent am Laufen hält.
Dr. Christian Krause möchte ich für seine Firmenpresens an der Uni und die damit
verbundene problemlose Beschaffung sämtlicher Sensoren und Geräte, die die
PreSens besitzt, sowie für seine Allwissenheit auch bei komplizierten Themen
danken.
Achim Stangelmayer danke ich für die Möglichkeit, mein Gehalt durch Zuverdienst
bei PreSens aufzubessern und mich so mit Erfolg in die Firma einzuschleichen.
Ein großer Dank geht nach Saarbrücken zu meiner Projektpartnerin Svenja Weiß und
Prof. Elmar Heinzle für die reibungslose Zusammenarbeit, die mehrfache
Gastfreundschaft und Einblick in die simulierte Welt.
Auch bei meinen ehemaligen MitstudentInnen, v.a. meinen WG-Genossinen Dr.
Frauke Henning, Dr. Mirjam Sax und Dr. Daniela Fischer, möchte ich mich für die
phänomenale gemeinsame Studienzeit bedanken.
Bei der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) bedanke ich mich für die finanzielle
Unterstützung und die netten Projekttreffen.
Meinen Eltern Brigitte Arain und Abdul Qayyum Arain danke ich für ihre nicht nur
finanzielle Unterstützung.
Meinem Lebensgefährten Dr. Christian Stierstorfer danke ich für seine Unterstützung
und sein Verständis für schlechte Laune in stressigen Zeiten.
Abschließend möchte ich mich bei allen bedanken, die ich in dieser Danksagung
vergessen habe und die ein Dankeschön verdienen.Table of Contents
1. INTRODUCTION.............................................................................................. 1
1.1. MOTIVATION................................................................................................... 1
1.2. TOXICOLOGICAL WATER QUALITY TESTS ......................................................... 1
1.2.1. Fish............................................................................................................ 2
1.2.2. Daphnia ..................................................................................................... 3
1.2.3. Algae ......................................................................................................... 4
1.2.4. Luminescent Bacteria ................................................................................ 5
1.2.5. Activated Sludge........................................................................................ 6
1.2.6. Pseudomonas Putida................................................................................. 7
1.2.7. Cell Culture Tests ...................................................................................... 9
1.2.8. Other Toxicity Tests 11
1.3. OPTICAL CHEMICAL SENSORS....................................................................... 11
1.3.1. Formats of Optical Chemical Sensors ..................................................... 12
1.3.2. Non-invasive Methods for Cell Viability Detection.................................... 14
1.3.3. Oxygen Sensing with Optical Sensors Based on Fluorescence .............. 15
1.3.3.1. State of the Art.....................................................................................................15
1.3.3.2. Principle ...............................................................................................................18
1.3.4. pH Sensing with Optical Sensors Based on Fluorescence ...................... 20
1.3.4.1. State of the Art20
1.3.4.2. Principle.21
1.3.5. Referencing Methods............................................................................... 23
1.4. REFERENCES ............................................................................................... 26
2. SENSORS ................................................................................................... 43
2.1. INTRODUCTION ............................................................................................. 43
2.2. OXYGEN SENSOR EMBEDDED IN MICROTITERPLATES (OXOPLATE OP96U)...... 44
I2.2.1. Experimental Part .................................................................................... 44
2.2.2. Sensor Composition ................................................................................ 45
2.2.3. Spectral Properties .................................................................................. 47
2.2.4. Response Time........................................................................................ 48
2.2.5. Figures of Merit 48
2.2.6. Effect of Temperature.............................................................................. 49
2.2.7. Effect of Bacterial Culture Media and Single Ingredients......................... 51
2.2.8. Effects of Different Solvents .................................................................... 52
2.3. PH SENSOR EMBEDDED IN MICROTITERPLATES (HYDROPLATE HP96U) .......... 52
2.3.1. Experimental Part .................................................................................... 52
2.3.2. Sensor Composition ................................................................................ 53
2.3.3. Spectral Properties .................................................................................. 54
2.3.4. Response time......................................................................................... 55
2.3.5. Figures of Merit........................................................................................ 56
2.3.6. Effect of Temperature..........................