Hochschule Fresenius
Rund um die Forschung am Fachbereich Chemie & Biologie
  • Idstein

Forschung im Fachbereich Chemie & Biolgie

Im Fachbereich Chemie und Biologie stehen vier Forschungsgebiete mit zum Teil thematischübergreifenden Projekten im wissenschaftlichen Fokus: Wasseranalytik, Spurenanalytik und Strukturaufklärung sowie neuerdings Bioanalytik und Biomedizin.

Speziell der für die Hochschule Freseniusäußerst wichtige Schwerpunkt "Wasser" findet sich in fast allen Analytikprojekten des Institute for Analytical Research (IFAR) wieder. Auf diesem Gebiet besitzt der Fachbereich, besonders wenn esmit den Themengebieten "Spurenanalytik" und "Strukturaufklärung" kombiniert wird, internationaleKompetenz.

Weitere Exzellenz hat sich der Fachbereich auf dem Gebiet des "Blended Learning"erarbeitet. Neben diesen Forschungsthemen leistet das 2014 neu geschaffene Institute for Biomolecular Research (IBR), das sich mit der Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung und Identifizierung von Biomolekülen im Kontext der Biomedizin beschäftigt, einen weiteren hochmodernen Forschungsbeitrag mit Potenzial für die Anwendung in der personalisierten Medizin.

Ansprechpartner

Thomas Knepper

Prof. Dr. Thomas Knepper
Forschungsdekan Fachbereich Chemie & Biologie

Forschungsgebiete im Fachbereich Chemie & Biologie

Spurenstoffe in der aquatischen Umwelt

  • Beteiligte Personen: Prof. Dr. Thomas P. Knepper, Dr. Tobias Frömel, Dipl.-Ing. (FH) Jutta Müller, MSc. Christoph Gremmel, MSc. Daniel Zahn
  • Partnerorganisationen: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Umweltbundesamt, Universität Leipzig, Hessische Landesanstalt für Umwelt und Geologie (HLUG), Wasserchemische Gesellschaft in der GDCh, EU, Water JPI

Arzneimittel, Pflanzenbehandlungsmittel, Industriechemikalien, per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) und viele weitere Chemikalien werden in geringen Konzentrationen regelmäßig in Oberflächengewässern und Kläranlagenwässern nachgewiesen. Die Eintragspfade in die aquatische Umwelt sind vielfältig, und zum Teil sind auch die Spurenstoffe bekannt. Doch gerade für analytisch bislang noch nicht erfasste Transformationsprodukte fehlen geeignete Analysenmethoden. Ziel ist es, eine ökotoxikologische Wirkung sowie die kostspielige Entfernung in Trinkwassergewinnungsanlagen zu vermeiden.

Am Institute for Analytical Research (IFAR) wird Forschung und Entwicklung auf den Gebieten "Spurenanalytik" und "Strukturaufklärung" betrieben. Der Schwerpunkt liegt insbesondere in der organischen Spurenanalytik in Wasser. Auf diesem Gebiet ist die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Thomas P. Knepper bereits seit Jahrzehnten in nationalen und internationalen Forschungsprojekten sowie in der Auftragsforschung erfolgreich tätig. Das IFAR arbeitet an der Verbesserung und der Neuentwicklung analytischer Methoden für den empfindlichen Nachweis. Gleichzeitig werden Studien zur Transformation und zur Spurenanalytik nach vorangegangenen Abbaustudien sowie Neuentwicklungen im Bereich der Abwassertechnik durchgeführt.

Eine Fragestellung, die zurzeit mit Hochdruck am IFAR bearbeitet wird, ist das Monitoring persistenter hochpolarer organischer Chemikalien (PMOC). Diese Substanzen sind aufgrund ihrer physiko-chemischen Eigenschaften potenziell trinkwassergängig. Validierte analytische Verfahren und die damit mögliche Erfassung in der Umwelt sind Voraussetzung für eine fundierte Risikoeinschätzung und Regulation dieser Chemikalien mit den gewonnenen Daten.

Personalisierte Medizin

  • Beteiligte Personen: Prof. Dr. Klaus Schneider, M. Sc. Sebastian Perner, M. Sc. Linda Heupel
  • Partnerorganisationen: Universität Saarbrücken

Identifizierung und Charakterisierung krankheitsrelevanter Biomoleküle

  • Beteiligte Personen: Prof. Dr. Klaus Schneider, MSc. Sebastian Perner,
  • Partnerorganisationen: Hochschule Geisenheim University, Land Hessen, GOBIO GmbH

Neuere massenspektrometrische Methoden ermöglichen die Erfassung und genaue Charakterisierung von Biomolekülen, die im Verlauf von Krankheiten vom Organismus gebildet oder verändert werden. Die Bestimmung dieser Biomoleküle kann Informationen über den Krankheitsverlauf und eine Möglichkeit zur frühen Diagnostik liefern. In Kooperation mit Forschern der Hochschule Geisenheim University wendet das Institute for Biomolecular Research (IBR) massenspektrometrische Methoden zur Untersuchung von klimabedingten Veränderungen von Mikroorganismen und des Pflanzenproteoms an. Eine weitere Zusammenarbeit dient der Charakterisierung und Identifizierung von Proteinen, die für die Entwicklung von verbesserten toxikologischen Tests eine wichtige Rolle spielen.

Biomoleküle

Mikroplastik

  • Beteiligte Personen: Prof. Dr. Thomas P. Knepper, M. Sc. Sven Huppertsberg
  • Partnerorganisationen: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Universität Dresden, Universität Leipzig, Universität Berlin, BAM, (weitere)

Kunststoffe sind wichtige Werkstoffe und unerlässlich für Haushalt und Wirtschaft. Nach ersten Anfängen ihrer Entwicklung im 19. Jahrhundert begann Mitte des 20. Jahrhunderts der Siegeszug der Kunststoffindustrie. Mittlerweile wurden mehrere Hundert Kunststoffarten entwickelt, außerdem werden stetig neue Kunststoffprodukte mit unterschiedlichsten technischen Eigenschaften auf den Markt gebracht. Einige Eigenschaften, zum Beispiel ihre hohe Persistenz, können sich absehbar aber auch nachteilig auswirken. Bilder von mit Plastikmüll verschmutzten Meeren und Stränden und verendeten Meerestieren, die irrtümlich Kunststoffteile oder Partikel zu sich genommen haben, zeugen davon. Aber auch Mikroplastikteilchen haben eine Wirkung auf das Ökosystem. Über die Nahrungskette gelangen sie als kleinste Partikel auch in den Körper des Menschen. Am Institute for Analytical Research (IFAR) wurden Methoden entwickelt, Mikroplastikpartikel mittels Infrarotspektroskopie in Süßwasserproben zu identifizieren. Zu erforschen, inwieweit Sorptions- und Desorptionsvorgänge von Schadstoffen in der Umwelt auftreten und ob die Sorption organischer Schadstoffe an Mikroplastik relevant für eine ökotoxikologische Bewertung ist, wird eine neue Aufgabe in der Mikroplastikforschung am Institute for Analytical Research (IFAR) sein.

Plastikteilchen im Sand

Spurenstoffe in unterschiedlichen Matrizes

  • Beteiligte Personen: Prof. Dr. Thomas P. Knepper, Dr. Ian Dimzon, M.Sc. Christoph Gremmel, Dr. Tobias Frömel, Dipl-Ing (FH) Jutta Müller
  • Partnerorganisationen: EU, Universität Amsterdam, Helmholtz-Zentrum München; mittelständige und große Industriefirmen, Umweltbundesamt

Spurenstoffe, zu deren Eigenschaften unter anderem Persistenz, Bioakkumulation und Toxizität zählen, können zum Beispiel in Lebensmittelverpackungen, in Textilien oder Arzneimittelformulierungen vorkommen. Ihr Nachweis ist aufgrund ihrer zum Teil geringen Mengen und der störenden Begleitmatrix oft sehr anspruchsvoll. Die Expertise in der Analytik von organischen Spurenstoffen und die nötige instrumentelle Ausstattung der Labors sind essenzielle Voraussetzungen für die Arbeit an Forschungsaufträgen zur Analytik von Pharmazeutika, Lebensmitteln und Industriechemikalien. Unterschiedliche Fragestellungen zur Reinheit der Ausgangsstoffe, zur Kontamination während der Produktion, zu Lagerungsmöglichkeiten und Stabilität können in verschiedenen Versuchsanordnungen überprüft und bewertet werden. Die Fragestellungen sind ebenso vielfältig wie die angebotenen Lösungsmöglichkeiten. Um aus den Analysen aussagekräftige Rückschlüsse ziehen zu können, ist die Ermittlung validierter Ergebnisse von enormer Wichtigkeit. Besonders hervorzuheben ist die Substanzklasse der per- und polyfluorierten Chemikalien (PFC). Sie finden sich aufgrund ihrer wasser- und schmutzabweisenden Wirkung in vielen Industrie- und Verbraucherprodukten. Mit den am Institute for Analytical Research (IFAR) etablierten Analysemethoden kann der Gehalt von PFCs in Textilien und in Luftinnenräumen ermittelt werden. Grundlagenforschungen zu Polymeren und Abbauprodukten ermöglichen es auch, spezielle Fragestellungen zu Arzneimitteln, Mikroplastik und Lebensmittelsicherheit zu beantworten. Entwickelte Methoden der Massenspektrometrie dienen der Erforschung des Verhaltens und des Abbaus von Industriepolymeren in der Umwelt. Mithilfe von Chemometrie können Eigenschaften von chemischen Molekülen berechnet sowie Risikobewertungen abgegeben und Aussagen zum Verhalten getroffen werden.

Lebensmittelanalytik und -sicherheit

  • Beteiligte Personen: Prof. Dr. Thomas P. Knepper, Dr. Tobias Frömel, Dipl.-Ing. (FH) Jutta Müller
  • Partnerorganisationen: Hochschule Geisenheim University, PTB, mittelständige und große Industriefirmen

Die Expertise in der Analytik von organischen Spurenstoffen und die nötige instrumentelle Ausstattung der Labors bilden die Voraussetzung für die Arbeit an Forschungsaufträgen zur Sicherheit und Analytik von Lebensmitteln. Unterschiedliche Fragestellungen zur Reinheit, zum Abbau, zu Verunreinigungen und Lagerungsmöglichkeiten können in verschiedenen Versuchsanordnungen überprüft und bewertet werden. In nationalen und internationalen Kursen zu Theorie und Praxis der Lebensmittelanalytik und -sicherheit werden Kenntnisse in diesem Bereich weitergegeben. Ab dem Wintersemester 2015/2016 bietet die Hochschule Geisenheim University in Kooperation mit der Hochschule Fresenius in Idstein den Bachelor-Studiengang Lebensmittelsicherheit an. Beide Institutionen bündeln hier ihre Kompetenzen in Bildung, Forschung und Praxis.

 

Neue Impulse für ein lebenslanges Lernen im Sektor Chemie und Biologie

  • Beteiligte Personen: Prof. Dr. Thorsten Daubenfeld, Dr. Dietmar Zenker, Prof. Dr. Leo Gros
  • Partnerorganisationen: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), „ANKOM – Übergänge von der beruflichen in die hochschulische Bildung“

BioCheMINTernational – Kompetenzorientiere Integration MINT-Studierender in die Berufspraxis

  • Beteiligte Personen: Prof. Dr. Thorsten Daubenfeld, Arne Ramstetter, Dr. Dietmar Zenker
  • Partnerorganisationen: Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft, Daimler und Benz-Stiftung, Daimler-Fonds
  • Laufzeit: 01.03.2016 – 31.12.2017

In der heutigen Zeit sind berufstätige Menschen ständig gefordert, ihren Wissenshorizont zu erweitern. Wie kann die Möglichkeit eines Studiums für Berufstätige und/oder Menschen mit Familie durch fördernde Maßnahmen verbessert werden? Mit Fragen wie dieser beschäftigten sich die Dozenten des Fachbereichs in vielerlei Hinsicht. Durch Dokumentation und Verbreitung von „guter Praxis“ profitiert der Sektor Chemie ständig von den hier gewonnenen Forschungsergebnissen; dies hat dazu geführt, dass bereits eine Reihe von Maßnahmen an der Hochschule entwickelt und eingeführt wurden. Hierzu zählen unter anderem die technische Infrastruktur für das E-Learning und die Aufzeichnung von Vorlesungen für die Liveübertragung oder als vertonte Screencasts. Auch die Erarbeitung und Anwendung von Konzepten für das spielbasierte Lernen, auch Gamification genannt, wird zurzeit weiter erforscht.

Impulse an das menschliche Gehirn

Im Laufe des Fortschritts in der Medizin hat sich gezeigt, dass bei Patienten mit lebensbedrohenden Krankheiten die Erfolgsaussichten bei gleicher Behandlung oft sehr unterschiedlich sind. Eine Erkenntnis der molekularen Ursachen des so verschiedenen Erfolgs kann eine an den jeweiligen Patienten angepasste Behandlung möglich machen. Diese „personalisierte Medizin“ benötigt neue, einfache Methoden zur Einstufung von Krankheiten. Am Institute for Biomolecular Research (IBR) wird an der Entwicklung von massenspektrometrischen Methoden gearbeitet, die durch Molecular Fingerprinting wichtige Aussagen über den Gesundheitszustand von Patienten und ihre Empfänglichkeit für eine erfolgreiche Behandlung mit bestimmten Medikamenten liefern können. Die Entwicklung von Methoden zur Profilanalyse von Glykanen, Glykopeptiden und Metaboliten mit MALDI- ToF-Massenspektrometrie (MALDI-ToF-MS) zielt auf eine Verbesserung der Früherkennung von Krebs.

Medizin und Tabletten

Im Rahmen des Projektes baut der Fachbereich Chemie & Biologie der Hochschule Fresenius sein Angebot im Hinblick auf die Internationalisierung der Studiengänge im Bereich Life Sciences aus. Wesentliche Bausteine des Projektes sind:

  • Analytical Chemistry Distance Course: Aufbau von digitalem Lehrmaterial zur Erleichterung des Studieneinstiegs für internationale Studierende in den Studiengang „Bio- and Pharmaceutical Analysis (M.Sc.)“. Internationalen Studierenden soll damit bereits im Heimatland vor Studienbeginn eine zeit- und ortsunabhängige Vorbereitung auf das Studium ermöglicht werden
  • University Network with Industry in Biosciences (UNIB): Aufbau eines internationalen Netzwerks mit Unternehmen, Universitäten und Instituten zur Intensivierung des Austauschs von Studierenden, die im Rahmen von Forschungsaufenthalten und berufspraktischen Semestern Praxiserfahrung sammeln können
  • Online-Plattform für Erfahrungsaustausch: Erstellung von Informationsvideos zu unterschiedlichen Praktikumsstellen im internationalen Umfeld, mit Hilfe derer sich Studierende besser und gezielter auf ihren Auslandsaufenthalt vorbereiten können