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physikalisches Seminar (Biophysik): potenzielle Bachelorarbeitsthemen – Übersicht

  • Übersicht

einführendes Seminar zur Einarbeitung in mögliche Bachelorarbeitsthemen aus der Biophysik (3 ECTS-Punkte)

Dozenten

Informationen zur Vorlesung

Zeit und Ort

vorrausichtlich Montag den 31.10.2010 von 17:30 Uhr:
Themenvorstellung im kleinen Physikhörsaal.
bei Interesse; mail an: benoit@lmu.de
Die Seminarvorträge werden Anfang März gehalten

Biophysikseminar (physikalisches Seminar Biophysik) 3 ECTS-Punkte

dieses Seminar bietet Bachelorstudenten die Möglichkeit einen Seminarvortrag über spezielle biophysikalische Methoden und aktuelle biophysikalischen Fragestellungen zu halten. Es besteht die Möglichkeit anschließend darüber auch eine Bachelorarbeit durchzuführen.
Die Seminarvorträge (Themen siehe unten) werden Anfang März (wie in der Veranstaltung am 16.02.2010 vereinbart) stattfinden.

Seminarthemen:

  • AG Gerland:

Thema Faltung und molekulare Evolution von RNA

Inhalt Der Seminarvortrag soll in die theoretische Biophysik der spontanen Strukturbildung von RNA-Molekülen einführen und dann auf die Evolution von RNA-Sequenzen eingehen. Für den evolutionären Teil der Fragestellung sollen beispielhaft tRNA Moleküle betrachtet werden.
Gegebenenfalls lässt sich die Thematik zu einer Bachelorarbeit erweitern. Dazu soll unter Anleitung eigenständig ein Teilaspekt eines laufenden Forschungsprojektes in der Arbeitsgruppe Gerland bearbeitet werden. Dabei geht es um die quantitative Beschreibung und Modellierung der Evolution von RNA Molekülen.
Voraussetzung ist ein gutes Beherrschen der Methoden der statistischen Physik. Darüber hinaus ist ein biophysikalisches Basiswissen wünschenswert.

Theorie der Kraftspektroskopie an Proteinkomplexen

Biologische Funktionen basieren häufig auf dem Zusammenspiel von Proteinen in schwach gebundenen Komplexen. Der Seminarvortrag soll eine Einführung in elementare Konzepte und quantitative Modelle für die Wechselwirkung zwischen Proteinen geben (z.B. Allosterie, Kooperativität) und diese in der Sprache der statistischen Physik beschreiben.
Gegebenenfalls lässt sich die Thematik zu einer Bachelorarbeit erweitern, in der durch theoretische Modellierung untersucht werden soll, inwieweit die Wechselwirkungen zwischen den Proteinen eines Komplexes prinzipiell durch Kraftspektroskopie aufschlüsselbar sind.
Voraussetzung ist ein gutes Beherrschen der Methoden der statistischen Physik. Darüber hinaus ist ein biophysikalisches Basiswissen wünschenswert.

  • AG Tinnefeld:

Optimierung eines Datenauswertungs-Algorithmus für die hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie.

Eine vorhandene Software (Labview) zur Rekonstruktion hochauflösender Bilder soll optimiert werden. Dabei sollen Fitting Routinen optimiert und idealerweise in C++ implementiert werden. Außerdem sollen neue Funktionen zur Darstellung und Auswertung der erstellten Bilder implementiert werden. Allgemeine Programmierkenntnisse und Freude am Arbeiten am Computer werden vorausgesetzt. Kenntnisse in Labview oder C++ wären hilfreich.

Filmwaage

Zur Verbesserung der Lehre soll der F-Praktikumsversuch "Filmwaage" aktualisiert werden. Dazu ist eine Überarbeitung der Versuchsanleitung notwendig. Außerdem bedarf die Filmwaage der Wartung (evtl. Austausch / Neukonstruktion mechanischer Komponenten). Die Steuerungssoftware weist kleinere Fehler auf, die behoben werden können (keine Programmierkenntnisse erforderlich aber hilfreich). Anschließend können die verwendeten Versuchsparameter überprüft und gegebenenfalls optimiert werden.

Einzelmolekül-Enzymaktivitäts-Assays

nähere Informationen: Britta Person-Skegro < E-Mail: Britta.Person@Physik.Uni-Muenchen.DE >

Autofokussierung für Superauflösungs-Mikroskopie

nähere Informationen: Britta Person-Skegro < E-Mail: Britta.Person@Physik.Uni-Muenchen.DE >

  • AG Gaub:

Optische Falle

Optische Fallen verwenden ein mikrometergroßes, lichtbrechendes Kügelchen, das im Fokus eins Laserstrahls "gefangen" wird und so nanometergenau manipuliert wird..
Die Arbeit (evtl. 2 Bachelorarbeiten) besteht aus der Neukonzeption eines vorhandenen Aufbaus einer optischen Falle. Falls die Arbeit zu zweit durchgeführt wird, soll der Aufbau entsprechend aufwändiger gestaltet werden: mobiler Zweitaufbau mit motorisiertem x-y-tracking System. Programmierkenntnisse und Freude am justieren optischer Pfade werden vorausgesetzt. Kenntnisse in Steuer und Regelungstechnik sind hilfreich. Ziel der Arbeit soll sein, dass eine Person ohne besondere Vorkenntnisse die optische Falle bedienen kann (evtl. anhand eines dafür zu erstellenden Videos). Falls die Arbeit zu zweit durchgeführt wird, sind Kenntnisse in Steuer und Regelungstechnik ebenfalls Voraussetzung. Die vorausgesetzten Fähigkeiten können aber auch "verteilt" sein.

Magnetische Pinzette

Magnetische Pinzetten verwenden mikrometergroße Magnetpartikel, die in einem steuerbaren Magnetfeld positioniert werden. Damit können einzelne Moleküle manipuliert werden und dabei sind Kraftmessungen im subpiconewton Bereich möglich. Die Arbeit umfasst den Aufbau einer Magnetischen Pinzette und kann in drei Arbeiten unterteilt werden: Aufbau der optischen Komponenten; Programmierung (Magnetansteuerung und Datenerassung); Zusammenstellung eines Praktikumsversuches.
Freude am Basteln, Löten, handwerkliches Feingefühl sowie Kenntnisse in Steuer und Regelungstechnik sind hilfreich.

Krafthebel

Mit einem Kraftmikroskop kann man Moleküle nanometergenau manipulieren und Kräfte von wenigen Piconewton messen. Mit dem "Krafthebel" kann man diese Kräfte sogar fühlen. Die mögliche(n) Bachelorarbeit(en) umfassen den Aufbau eines mobilen Kraftmikroskopie Experimentes. Dabei soll ein bereits vorhandener Experimentaufbau so umgestaltet werden, dass er leicht transportabel und leicht bedienbar wird. Falls sich noch ein zweiter Interessent für diese Arbeit findet, kann auch ein kompletter Neuaufbau in Kopie des vorhandenen Experimentes angefertigt werden (Plastik AFM). Ziel der Arbeit soll sein, dass eine Person ohne besondere Vorkenntnisse ein "molekulares Kraftfühlexperiment" erfolgreich durchführen kann (evtl. anhand eines dafür zu erstellenden Videos). Kenntnisse in Programmierung, Elektronik und handwerkliches Geschick werden vorausgesetzt. Falls die Arbeit zu zweit durchgeführt wird, können die vorausgesetzten Fähigkeiten ggf. auch "verteilt" sein.

Mikrofluidik

Da es oft mit großem Aufwand verbunden ist Biomoleküle in großer Anzahl zu erhalten, versucht man zunehmend Untersuchungen biologischer Proben auf kleinstem Raum durchzuführen. Das Biochemielabor auf die Größe eines Chips zu skalieren wird z.B. durch ein "soft rubber microfluidics device" realisiert. Die Arbeit besteht im Aufbau einer solchen Mikrofluidik und kann ggF. in zwei Arbeiten aufgeteilt werden: Konzeption und Aufbau der Microfluidik auf PDMS-Basis; Programmierung der Pumpen und Ventilansteuerungen über einen Rechner.

Oberflächendiffusion von DNA

Viele biochemische Reaktionen in Zellen finden auf Oberflächen statt. Dadurch ermöglicht es Mutter Natur z.B. Prozesse effektiv zu gestalten. Ein aktuelles Forschungsprojekt am LS Gaub beschäftigt sich mit diesen 2-dimensionalen Reaktionsabläufen. Hierfür ist die Charakterisierung von Oberflächen nötig, auf denen kurze DNA-Stränge gerade so schwach anbinden, dass sie noch auf der Oberfläche "umherdiffundieren" aber nicht festkleben. Das kann man dadurch erreichen, dass man Glasoberflächen mit der richtigen Konzentration von DNA-bindenden Biomolekülen behandelt. In einem Fluoreszenzexperiment kann dann die Diffusion der DNA auf der Oberfläche beobachtet und quantifiziert werden. Eine mögliche Bachelorarbeit zu diesem Thema beinhaltet die Herstellung und Charakterisierung dieser Glasoberflächen. Für einen geeigneten Kandidaten setzten wir vor Allem Motivation und Bereitschaft zur Arbeit in einem Forscherteam voraus.

Kraftmessungen an Antikörpern

Antikörper erfüllen wichtige "polizeiliche" Aufgaben in höheren Organismen, indem sie körpereigene und körperfeindliche Moleküle erkennen. Dabei halten sie sich an diesen molekularen "Fremdlingen" fest, bis die Abwehrzellen des Immunsystems sich um die "Details" kümmern. In dieser Bachelorarbeit soll die Bindungskraft eines speziellen Antikörpers gegen ein GFP-gelabeltes Protein direkt gemessen werden. Die Messergebnisse aus dieser Kraftmikroskopiestudie sind von grundlegender Bedeutung für weiterführende Projekte.
Die Vorlesung Einführung in die Biophysik und feinmechanisches Fingerspitzengefühl werden vorausgesetzt, um die molekularen Messungen mit einem Kraftmikroskop durchführen zu können.

Auswertung und Durchführung von Experimenten an Prestin transfizierten HEK 293 Zellen

Das Transmembranprotein Prestin verleiht Zellen die Fähigkeit elektrisch getriebene Bewegungen durchzuführen. Die äußeren Höhrzellen besitzen diese Eigenschaft und spielen eine wichtige Rolle bei den komplexen Vorgängen des Hörens. Um Eigenschaften des Prestins zu charakterisieren und zu quantifizieren führen wir Experimente an mit Prestin transfizierten HEK-Zellen durch. Dies geschieht an einem kombinierten Patch-Clamp-AFM-Aufbau. Die Auswertung von bereits gemessenen Daten sowie die Hilfe bei der Durchführung neuer Experimente ist Inhalt der angebotenen Bachelorarbeit. Die Daten werden mit Hilfe der Software Igor Pro ausgewertet. Entsprechende Grundkenntnisse in diesem oder ähnlichen Programmen sind also vorteilhaft. Die Vorlesung Einführung in die Biophysik ist Voraussetzung.

  • AG Liedl:

Thema Wachstum metallischer Nanopartikel

Inhalt Bekannte Protokolle sollen genutzt werden um Gold und Silbernanopartikel in Lösung wachsen zu lassen. Dabei soll der Einfluss funktionalisierter DNA-Stränge als Kristallationskeime untersucht werden.Spass an Chemie wird vorausgesetzt.

MgCl 2 - induzierte Aggregation einzelsträngiger DNA

Die Aggregation langer einzelsträngiger DNA bei hohen Temperaturen stellt ein Problem für die DNA-Origami Methode dar. Der Einfluss von Magnesiumionen und anderen Ionen auf das Aggregationsverhalten soll untersucht werden und ein verbessertes Protokoll für den Selbstassemblierungsprozess von DNA Origamistrukturen entwickelt werden.

Oberflächenadsorption von 2D DNA-Origamistrukturen

Flache DNA-Origamistrukturen adsorbieren an hydrophilen Oberflächen. Durch die Strukturierung von Oberflächen in hydrophile und hydrophobe Bereiche sollen Origamiobjekte kontrolliert angeordnet werden.AFM-Kentnisse von Vorteil.

Bestimmung der FRET-Effizienz von Farbstoffen

In Zusammenarbeit mit Ulrich Gerland sollen die theoretischen Grundlagen des Fluoreszenz-(oder Förster-) Resonanzenergietransfers erarbeitet und experimentell mithilfe von 3D DNA-Origamistrukturen bestätigt werden. Besonderes Augenmerk soll dabei auf den Einfluss der Raumorientierung der Farbstoffe gelegt werden.Spass an theoretischer und experimenteller Arbeit wird erwartet.

Wochentag/Zeit/Ort vorrausichtlich Dienstag den 16.2.2010 von 9:00-13:00 Uhr: Themenvorstellung im kleinen Physikhörsaal.

Verantwortlich für den Inhalt: M.Benoit