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Etablierung einer enzymkatalysierten Reaktionskaskade in einem kompartimentierten, mikrofluidischen Reaktionssystem

 Karlsruher Institut für Technologie  Eggenstein-Leopoldshafen
Hintergrund
Der Einsatz enzymkatalysierter Produktionssysteme zur Synthese oder Modifikation komplexer Biomoleküle verbindet die Vorteile einer enantio- und regioselektiven biologischen Synthese mit denen einer chemischen Reaktionsführung. In Kombination mit einer Kompartimentierung des Reaktionsraums in voneinander abgetrennte Reaktionsräume, lassen sich dabei individuell für jede biochemische Reaktion optimale Bedingungen einstellen. Am Institut für Funktionelle Grenzflächen wurde ein erster Prototyp eines entsprechenden kompartimentierten, mikrofluidischen Reaktionssystems entwickelt1).
Eine Mikrospritzen-Dosiereinheit pumpt über ein Multiport-Ventilsystem die Prozesslösungen in eine als Reaktionsraum dienende Kapillare, wobei einzelne Reaktionskompartimente durch ein nichtmischbares Separatorfluid getrennt sind. Zusätzlich ermöglichen über externe Magnetfelder manipulierbare magnetische Mikroträger das Ein- und Ausbringen immobilisierter Enzyme oder Substrate in den Reaktionsraum sowie ein integriertes UV-VIS Spektrometer photometrische Analysen.
 
1) DOI: 10.1002/elsc.201400171
 
Aufgabenstellung
Um den Nachweis für die Eignung des Reaktorsystems auch für mehrstufige (bio)chemische Reaktionen zu erbringen, soll im Rahmen einer Bachelorarbeit ein zweistufiges Reaktionssystem im Reaktorsystem etabliert werden. Im ersten Schritt soll nasschemisch ein Substrat an die magnetischen Trägerpartikeln gebunden werden, welches im zweiten Schritt enzymkatalysiert abgespalten wird. Die Arbeiten umfassen u.a.:
 
  • Screening nach optimalen Reaktionsbedingungen für den nasschemischen Reaktionsschritt unter Berücksichtigung von Biokompatibilität und Limitierungen des Reaktorsystems.
  • Etablierung des enzymkatalysierten Reaktionsteilschrittes, Screening nach optimalen Reaktionsparametern und Substraten unter Berücksichtigung von Enzymaktivität und Limitierungen des Reaktorsystems.
  • Quantifizierung der Ausbeute der Reaktionsteilschritte sowie Bilanzierung der Gesamtkaskade.
  • Transfer und Etablierung der Reaktionskaskade in das vorhandene Reaktorsystem.

Die Analytik erfolgt über Fluoreszenzmikroskopie, Spektro- und Photometrie sowie durch Enzym-Aktivitäts-Assays. Die schriftliche Ausarbeitung ist in dreifacher Ausführung abzugeben und eine Zusammenfassung der Ergebnisse ist in einem Vortrag am Ende der Arbeit zu präsentieren.
 
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Dipl. Biol. Jonas Hübner
Tel: 0721-608-22836
Mail: Jonas.Huebner@kit.edu
 
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