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BOGY-Bericht Caroline (2011)

BOGY-BERICHT

INHALTSVERZEICHNIS

  • Seite 1 : Warum ich Bio/Chemieingenieurin werden möchte
    Die Suche nach einer Erkundungsstelle
    Meine Erkundungsstelle: Institut für Technische Chemie, Bereich Wasser- und Geotechnologie des Forschungszentrums Karlsruhe
  • Seite 2: Tätigkeiten eines Bio/Chemieingenieures
  • Seite 3: Ablauf und Formen der Erkundung/Tagesberichte und Projekte
    Tensideproduktion durch Bakterien
  • Seite 5: Bindung von Pigmentmolekülen an Magnetteilchen
  • Seite 7: Das Zwei-Phasen System
  • Seite 9: Lokale und soziale Aspekte des Arbeitsplatzes
    Anforderungen
  • Seite 10: Arbeitsmarkt : Situation und Prognose
  • Seite 11: Ausbildung und Beruf
  • Seite 12: Vergleich Traum/Realität : Persönliches Fazit

ANHANG

  • N° 0 Organigramm des Institutes
  • N° 1 Sicherheitsvorkehrungen
  • N° 2 Jet Cutter
  • N° 3 Fotometer
  • N° 4 Zeugnis
  • N° 5 Teilnahmebescheinigung
  • N° 6 Bild der Mitarbeitergruppe

Warum ich Bio-, bzw. Chemieingenieurin werden möchte

Mir ist die Umwelt schon immer sehr wichtig gewesen, deshalb möchte ich in meinem späteren Beruf helfen, ihre fortschreitende Zerstörung zu stoppen.
Meiner Meinung nach geht Umweltschutz nur über Forschung, über die Entwicklung und Verbesserung von Luft-, Wasser- und Bodenreinigungsmaßnahmen und im Allgemeinen über die Optimierung von Verfahren zur Energieeinsparung.

Hierfür ist man als Bio-, und Chemieingenieur besonders kompetent, denn man verfügt über umfangreiche Kenntnisse sowohl im fachlich-wissenschaftlichen als auch im technischen Bereich. Man hat die besten Voraussetzungen, um Verfahren effizient optimieren zu können; neue Techniken für die Industrie einzuführen, die unsere Umwelt weniger belasten.
Es ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die Physik, Mathematik, Biologie und Chemie verbindet.
Aber, wie bei allen Ingenieurwissenschaften muss man hier seine Kenntnisse in die Tat umsetzen, das heißt, etwas ganz konkret produzieren, Prozesse erfinden oder verbessern.
Die Arbeit bleibt also nicht bei der Theorie : Es ist der große Reiz der Ingenieurwissenschaft.
Das Projekt BOGY wollte ich dann dafür nutzen, den Berufsalltag des Forschers und Bio/Chemieingenieurs mitzuerleben.

Die Suche nach einer Erkundungsstelle

Ich schaute mir die Internetseiten von fast allen Forschungseinrichtungen im Raum Karlsruhe an. Die Projekte des Bereiches" Wasser- und Geotechnologie" im Institut für Technische Chemie des Forschungszentrums Karlsruhe (ICT-WGT) gefielen mir auf Anhieb am besten, da die Schwerpunkte des Institutes im Bereich Umweltforschung liegen. Den praktischen Nutzen dieser Projekte für die Umwelt konnte ich am besten nachvollziehen.

So schickte ich meine Bewerbungsmappe zum Direktor, Herrn Dr. Nüesch. Mehrere Wochen später erhielte ich die Zusage vom Abteilungsleiter, Herrn Dr. Franzreb.

Meine Erkundungsstelle : INSTITUT FÜR TECHNISCHE CHEMIE, WASSER- und GEOTECHNOLOGIE (ICT-WGT) - FORSCHUNGSZENTRUM KARLSRUHE (FZK)

Das FORSCHUNGSZENTRUM Karlsruhe ist eine der größten Forschungseinrichtungen in Deutschland. Sie wird von der Bundesrepublik und  dem Land Baden-Württemberg getragen.
Sie beschäftigt fast 4000 Mitarbeiter in der Grundlagenforschung und besonders in der Entwicklung von Industrieprozessen in 5 Hauptbereichen :

  • Struktur der Materie (Astroteilchenphysik)
  • Erde und Umwelt (Nachhaltigkeit und Technik . UMWELTTECHNOLOGIE, Atmosphäre und Klima)
  • Gesundheit (Biomedizinische Forschung)
  • Energie (Kernfusion, nukleare Sicherheitsforschung)
  • Schlüsseltechnologien (Nanotechnologie und Mikrosystemtechnik)

Alle Institute kooperieren und helfen einander.

Der BEREICH WASSER- UND GEOTECHNOLOGIE des INSTITUTS FÜR TECHNISCHE CHEMIE (ITC-WGT)
ist in 4 Bereichen unterteilt : (siehe Anhang N°0)

  • Mikrobiologie natürlicher und technischer Grenzflächen
  • Physikalische, chemische Interaktionen an Grenzflächen : Sorbtionsverfahren, magnetische Verfahren
  • Chemie/Sensorik mineralischer Grenzflächen
  • Nanomineralogie

Schwerpunkte des Institutes liegen in der Umweltforschung : Es geht hier um Reinigung von belasteten Wässern und Böden, um Erfindung von Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen 
Alle Bereiche befinden sich im selben Gebäude und arbeiten sehr eng zusammen. Die Projekte werden gemeinsam gemeistert, die Mitarbeiter arbeiten interdisziplinär.
Das ITC-WGT hat 109 Mitarbeiter, das sind:

  • Studenten der Biotechnologie, Nanotechnologie, des Chemie- und Bioingenieurwesens, die ihr Praxissemester absolvieren.
  • Diplomanden dieser Fächer, die am Institut ihre Diplomarbeit schreiben.
  • Doktoranden, die ihre Doktorarbeit schreiben.
  • Ingenieure (Bio- u. Chemieingenieurwesen)
  • Wenige Doktoren

Tätigkeiten eines Bio- oder Chemieingenieurs

Die Tätigkeit der Biotechnologen, der Bio- und der Chemieingenieure besteht darin, Versuche durchzuführen, die Ergebnisse auszuwerten, und darauf hin zu suchen, was besser gemacht werden könnte. So können sie Möglichkeiten ermitteln, wie man eine bestimmte Produktion optimieren kann, und sie entwickeln Produktionsverfahren.

Bei den Versuchen ist eine ordentliche und planmäßige Arbeitsweise unentbehrlich. Jeden Schritt des Versuches hält der Forscher in seinem Laborbuch fest. Wenn er mehrere Präparate mit unterschiedlichem Inhalt anfertigt, beschriftet er sie mit dem Datum und einer Ziffer. Im Laborbuch notiert er, welche Ziffer welchen Inhalt hat.
Macht er eine Versuchsreihe mit mehreren unterschiedlichen Präparaten, macht er jedes Präparat doppelt; um sicher zu gehen, dass keine Messfehler in seine Ergebnisse vorkommen. Dann muss man die Ergebnisse des Versuches mit Fotometer, Waage, Fluoreszenzmessgerät, usw. messen. Dann muss man die Ergebnisse in ein Diagramm eintragen, und überprüfen, ob die Ergebnisse realistisch sind oder ob vielleicht ein Messfehler vorhanden ist, ob die Messungen dem entsprechen, was man vermutet hatte.
Wenn man sich ziemlich sicher ist, dass bei den Messungen alles richtig gelaufen ist, wiederholt man den Versuch an einem anderen Tag, um sicher zu gehen, dass der Erfolg kein Zufall war
Wenn es auch dann alles geklappt hat, überprüft man, ob es möglich ist, aufgrund der Ergebnisse eine allgemeine Aussage zu formulieren.
Dann wird überlegt , was man bei dem Versuchsaufbau verändern könnte, damit man die Ergebnisse bekommt, die erwartet werden.
Wenn ein Forscher sucht, welche äußere Bedingungen (Temperatur, pH-Wert,) eine Reaktion begünstigen, dürfen sie pro Versuchsreihe nur einen dieser Parameter auf einmal ändern. z.B.:

  • Eine Versuchsreihe, bei der alle Präparate den gleichen pH-Wert haben, aber jedes Reagenzglas bei einer unterschiedlichen Temperatur aufbewahrt wird.
  • Eine weitere Versuchsreihe, bei der alle Präparate bei selber Temperatur aufbewahrt werden, aber jedes Reagenzglas einen anderen pH-Wert hat.

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Ein Problem, das manche Mitarbeiter beklagten ist, dass manche Präparate mehrere Wochen ruhen müssen, bevor man sie auswerten kann, so dass ziemlich viel Zeit verloren geht.
Einmal in der Woche besprechen die Kollegen ihre Zwischenergebnisse.
Es gibt Kooperation mit anderen Forschungseinrichtungen im Ausland. Dies wird von Firmen gefördert, die mehrere Forschungseinrichtungen finanziell unterstützen, und darauf Wert legen, dass ein Austausch stattfindet. So haben alle Mitarbeiter irgendwann die Möglichkeit, ihre Entwicklungen auf Seminaren und Fortbildungen zu präsentieren.

ABLAUF UND FORMEN DER ERKUNDUNG

Am 23 Oktober 2006 um 8:20 meldete ich mich beim Haupteingang des FZK und wurde dort von Herrn Dr. Franzreb empfangen. Er brachte mich zum Gebäude des ITC-WGT und erklärte mir den Tagesablauf : Es wird von 9 bis 11:40 gearbeitet. Bis.12:15 haben alle Kantinenpause dann wird bis 15.00 gearbeitet. Eine kurze Kaffeepause folgt , und anschließend arbeiten die meisten bis ca. 17:00. Am Montag morgen gibt es immer eine Gruppenbesprechung, bei der sich alle beraten und über Ergebnisse und Fortschritte der Projekte diskutieren. 

Im Laufe der Woche durfte ich an mehreren Projekten aktiv teilnehmen.
Dann übergab mich Herr Franzreb ins mikrobiologische Labor, zu der Leiterin des Projektes, an dem ich als erstes teilnehmen durfte :
TENSIDEPRODUKTION DURCH BAKTERIEN

Sofort wurde ich mit den Sicherheitsvorkehrungen vertraut gemacht (siehe Anhang, n°1):
Das Projekt befasst sich mit der Eigenschaft eines bestimmten Bakteriums, Tenside zu bilden. Tenside sind die waschaktiven Substanzen in der Seife : Das Tensidmolekül enthält ein Fettmolekül und deshalb setzt es die Oberflächenspannung vom Wasser herab. Bisher wurden die Tenside aus Erdöl hergestellt, und sie waren nur schwer abbaubar. Diese speziellen Bakterien geben das Tensid als Ausscheideprodukt ab und dies ist biologisch abbaubar. Aber momentan produzieren die Bakterien Tenside noch nicht schnell genug und nicht in ausreichenden Mengen. Deshalb ist die Herstellung noch zu teuer und wird noch nicht in der Industrie verwendet.

Das Projekt, das seit einem Jahr läuft  und vom Land finanziert wird, soll eine effektive industrielle Nutzung dieses Bakteriums erreichen. Die Bakterien sollen dazu gebracht werden, schneller und kostengünstiger die Tenside zu produzieren.
Wenn es gelingt, werden in vielen Reinigungsprodukten Tenside von Bakterien produziert und biologisch abbaubar sein : Ein sehr wichtiger Fortschritt für die Umwelt !

Dass dieses Bakterium Tenside produziert, ist schon lang bekannt. Über die Eigenschaften von Bakterien gibt es umfangreiche Forschungsarbeiten und Datenbänke, auf die Forscher zurückgreifen können.

Unsere Arbeitsgruppe untersucht, bei welchen Bedingungen der Stoffwechsel der Bakterien am intensivsten ist, d.h. bei welchen Bedingungen sie am meisten Tenside produzieren.

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Als erstes müssen die Bakterien aber gezüchtet und vermehrt werden.
Die Bakterien sind in tiefgefrorener Form erhältlich. Um nur diese eine Bakterienart zu züchten, gibt man die Bakterien in eine speziell auf sie abgestimmte Agarplatte, in der ausschließlich sie wachsen können.
Für das Wachstum der Bakterien ist es zudem wichtig, eine gute Sauerstoffzufuhr zu bekommen. Dies wird mit Hilfe eines Sauerstoffschlauchs erreicht.
Die Anlagen zur Züchtung der Bakterien wurden mir gezeigt und erklärt..

Nun, wenn eine ausreichende Anzahl an Zellen vorliegt, findet der wichtigste Schritt statt, bei dem der Großteil der Tenside hergestellt wird. Nun sollen sich die Zellen nicht weiter multiplizieren, damit sie sich auf ihren Stoffwechsel konzentrieren können, und mehr Tenside zu produzieren.
Deshalb nimmt man sie aus dem Gefäß mit Sauerstoffzufuhr heraus und tut sie in eine Nährflüssigkeit (sie müssen ernährt werden, um Stoffwechsel zu betreiben) bestehend aus:
-Glycerin, das die Bakterien in das Lipidmolekül umwandeln, was auf dem Tensid ist.
-Phosphatpuffer (eine Lösung, die den pH-Wert aufrecht erhält)
-einer Lösung verschiedener Salze
-einer Lösung mit Spurenelementen.
Ein Biotechnologiestudent erklärte mir die Technik des Pipetieren, und ich durfte selbst diese Nährflüssigkeit nach Mengenangaben herstellen.
Es wurde da eine Versuchsreihe gestartet : es galt herauszufinden bei welcher Bakterienkonzentration in der Nährlösung der Ertrag an Tensiden am höchsten ist:
Wenn die Konzentration zu hoch ist, haben die einzelnen Bakterien nicht genug Nährstoffe, ihr Stoffwechsel funktioniert langsamer, sie bilden jeweils weniger Tenside.
Ist die Bakterienkonzentration zu niedrig, hat man wenig Bakterien, die jeweils viel Tenside produzieren. Es soll nun die optimale Konzentration gefunden werden.
Wir präparierten 3 Lösungen: Eine mit einem Bakteriengehalt in der Nährflüssigkeit von 10%, eine von 20% und eine Dritte von 30% .

Nun, ein Ziel der Gruppe ist es, die Bakterien an Magnetpartikeln zu binden, damit man die Bakterien mit einem Magneten anziehen, und von den Tensiden abtrennen kann. Wenn sie an die Magnetpartikel gebunden sind, sind die Bakterien leicht zu handhaben. Um die Bakterien an die Magnetpartikel zu binden, versucht man, sie gemeinsam in einen Feststoff zu bringen.

Dafür werden die Bakterien und die Magnetpartikel in ein Gel namens Algynat beigemischt.
Das Algynat ist ein Polymer, d.h. sein Molekül ist sehr groß. Es besteht aus einem Zuckermolekül, das mit einem Natriumatom verbunden ist.
Wenn Algynat mit einer Calciumlösung vermischt wird, reiht sich an das Algynatmolekül noch zusätzlich ein Calciumatom. Es bilden sich riesige Moleküle. Das bewirkt, dass das Gel sehr zäh wird, fast wie ein Feststoff.

Nun, wenn man das Algynat, in dem die Bakterien und die Partikel sind, einfach so in die Calciumlösung kippen würde, würde gleich ein Klumpen entstehen, was ziemlich problematisch wäre :
Die Bakterien, die im Inneren des Klumpens gefangen wären, könnten ihre Tenside schlecht nach außen abgeben.

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Deshalb ist es sinnvoll, dass alle Bakterien sich an der Oberfläche befinden.

Es soll kein Klumpen entstehen, sondern es sollen immer nur kleine Mengen an Algynat nach und nach in die Calciumlösung gegeben werden, damit sich kleine Perlen mit den Bakterien in der Calciumlösung bilden.

Um die Perlen klein genug zu bekommen, benutzt man eine Maschine namens Jet-Cutter (siehe Anhang n°2). Das mit den Bakterien vermischte Algynat wird in die Maschine eingefüllt. Durch Luftdruck wird die Flüssigkeit durch mehrere Röhre befördert und kommt schließlich durch eine Schleuse heraus, die man so einstellen kann, dass der Strahl einen bestimmten (möglichst kleinen) Durchmesser hat. Die Bioingenieurin stellte auf dem Monitor der Maschine den gewünschten Luftdruck, den Durchmesser des Strahles ein. Dann fließt der Strahl auf ein Rad mit vielen dünnen Drähten, was sich dreht. Dabei wird der Strahl in viele winzigkleinen Perlen aufgespaltet. Die Perlen gelangen dann in die Calciumlösung. Damit die Perlen nicht doch bei ihrer Ankunft miteinander verklumpen, wird die Calciumlösung auf eine Drehscheibe gestellt, so dass sie immer in Bewegung bleibt.
Wenn die ganze Flüssigkeit unten in der Calciumlösung angekommen ist, wird diese noch 5 min auf einer Drehscheibe weitergedreht, bis sich die Perlen verfestigt haben.
Danach wird die Calciumlösung wegfiltriert. Das durfte ich machen.

Schließlich haben wir die Perlen genommen, und in Bechergläser getan, die beschriftet wurden mit Datum, Gewicht, Bakterienkonzentration und Bestandteilen (Algynat, Nährlösung, Magnetpartikel). Anschließend sind die Bechergläser in eine Maschine gebracht worden, die sie bei 37°C hält. Dort bleiben sie ca. 2-3 Wochen. Danach werden sie auf ihre Tensidproduktion überprüft und miteinander verglichen. So wird ermittelt, welche Parameter (Bedingungen) für die Tensideproduktion besonders vorteilhaft sind.

Nach dem Mittagsessen wurde ich zu einer Mechatronikstudentin von der Fachhochschule Karlsruhe geschickt, die zurzeit ihr Diplom vorbereitet. Hiermit fing für mich das zweite Projekt an :

BINDUNG VON PIGMENTMOLEKÜLEN AN MAGNETTEILCHEN.

Bei ihrem Projekt handelt es sich um Magnetpartikeln.
Das Ziel ist es, Schadstoffe im Wasser an Magnetpartikeln zu binden, und dann die Magnetpartikeln mithilfe eines Magneten zusammen mit den Schadstoffen aus dem Wasser zu fischen. Diese Schritte sind verglichen mit den Vorgängen in einer Kläranlage viel günstiger und benötigen weniger Strom.

Um dies zu ermöglichen, muss erst untersucht werden, wie sich Stoffe im allgemeinen an Magnetpartikeln binden lassen. Für diese Untersuchungen wurden blaue Farbpigmente gewählt, die an die Magnetteilchen gebunden werden sollen.
Doch wie bekommt man möglichst viele Pigmentmoleküle an die Magnetpartikeln gebunden?
Die Magnetpartikel ist sehr klein, und das Pigment ist ein sehr großes Molekül, es würden nur wenige Pigmentmoleküle auf dem Magnetteilchen Platz haben. Deshalb bringt man die Pigmentmoleküle nicht direkt an die Magnetteilchen. Man bindet erst andere Moleküle an das Magnetteilchen , und mit diesen Molekülen verbinden sich die Pigmente.

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Die Moleküle in dieser Funktion werden Spacer genannt. So haben die Pigmente mehr Platz, sie bleiben besser haften, und man kann mehr Pigmentmoleküle auf jedes Magnet binden.
Die Spacer bringt man auf eine ganz einfache Art und Weise an die Magnete an. Man gibt sie den Magnetpartikeln bei, und mischt die Suspension, indem man sie auf eine Maschine anbringt, die sie durchschüttelt. Dabei verbinden sich die Magnete mit den Molekülen. Um den Überschuss an Molekülen zu eliminieren, der sich nicht mit den Magneten verbunden hat, hält man an das Gefäß mit der Suspension ein großes Magnet. Das große Magnet zieht die Magnetpartikel samt den gebundenen Spacern an sich. Man kippt die Restflüssigkeit weg. Dann gibt man etwas Wasser hinzu, mischt ein Bisschen, hält das große Magnet wieder an den Rand, wartet, bis die Magnetpartikel zu dem Magnet gekommen sind, und spült das Restwasser weg. Man verfährt noch ein paar Male so, bis alle Spacermoleküle weggereinigt werden, die sich nicht mit den Magnetteilchen verbunden hatten.

Wenn mehrere Spacermoleküle hintereinander gereiht werden sollen, nimmt man dann die Magnetpartikeln, auf denen die erste Spacerschicht angebracht ist, mischt sie mit der 2. Sorte an Spacermolekülen, dann verbinden sie sich mit diesen, und man spült nachher den Überschuss.
Aber Spacermoleküle verbinden sich nicht regelmäßig, in Ketten, sondern beliebig untereinander.
Wenn man alle erwünschte Spacermoleküle an die Partikel angebracht hat, macht man das gleiche mit den Farbpigmenten.

Die Studentin wollte wissen, bei welcher Spacerkette die meisten Pigmente an das Magnetteilchen gebunden werden kann.
Es gibt eine Methode, um die Quantität eines Stoffes in einer Lösung zu messen. Dafür benutzt man ein Gerät namens Fotometer (siehe Anhang n°3).
Das Prinzip des Fotometers beruht darauf, dass bestimmte Farbpigmente bestimmte Farben aus dem Lichtspektrum absorbieren. Das Licht nehmen wir als weiß wahr, in dem Licht sind aber die 7 Spektralfarben enthalten.
Wir nehmen einen Gegenstand z.B. als blau wahr, wenn er vom gesamten Licht nur die Spektralfarbe orange, seine Komplementärfarbe absorbiert, und das andersfarbige Licht reflektiert.
Das Licht der unterschiedlichen Spektralfarben hat unterschiedliche Wellenlängen. Das Licht der Spektralfarbe blau ist kurzwellig, das Licht der Spektralfarbe infrarot ist langwellig.

Das Farbpigment, dass an die Magnetteilchen gebunden wurde, ist blau. Es ist bekannt, zwischen welchen Wellenlängen das absorbierte orange Licht liegt.
Ein Molekül des Farbpigment absorbiert einen bestimmten Anteil vom gesamten orangen Licht. Zwei Moleküle absorbieren zusammen etwa das Doppelte.

Bei dem Fotometer wird die Flüssigkeit von Licht durchstrahlt. Das Licht, dass nach dem durchstrahlen des Präparates ankommt, wird durch den Computer analysiert. Er stellt fest, welche Spektralfarbe in dem "Endlicht" nicht mehr oder nicht mehr ganz vorhanden ist, und wie viel Prozent von der Gesamtmenge dieses speziellen Lichtes fehlt weil es absorbiert worden ist.
Um die Menge an Pigmentpartikel zu bestimmen, müssen die Pigmente aber erst von den Magnetpartikel getrennt werden. Denn die Magnetpartikeln absorbieren ja auch Licht, und sie würden die Messung verfälschen. Um die ganze Kette Spacer+Pigmente vom Magnetteilchen zu lösen, verwendet man NaOH, Natronlauge.

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Ich durfte helfen, die Natronlauge in die Gläser zu pipetieren.
Wir haben auch Präparate mit reiner Natronlauge und einer hochprozentigen Pigmentlösung gemacht.

Die Natronlauge wurde als erstes im Fotometer gemessen. Die Ergebnisse wurden als Blankwert im Computer gespeichert, d.h. als Vergleichswert. Der Computer berücksichtigt also in folge dessen bei den kommenden Messungen nicht das Licht, was von der Natronlauge absorbiert wurde, sondern nur die Absorbtion durch die Pigmente.

Wenn man nun wissen will, welche Konzentration an Pigmenten es in den verschiedenen Präparaten gibt, vergleicht man ihre Absorptionswerte mit denen von Vergleichsmessungen, bei denen man gezielt eine bestimmte Konzentration an Pigmenten genommen hat.
Jedes Präparat hat der Fotometer 5 min lang bestrahlen müssen, um schließlich die Messung in einem Schaubild einzugeben. Doch damit er richtig misst, musste man alle 15 Sek auf einen Knopf drücken. Das störte narürlich die Mitarbeiter, weil sie in den Messungszeiten nichts anderes machen konnten. Aber sie sind jetzt dabei ein Programm aus dem Internet zu installieren, das das Knopfdrücken automatisch erledigt.

DAS ZWEI-PHASEN SYSTEM

Am Mittwoch hat mich eine Biotechnologiestudentin betreut, die gerade ihr Praxissemester macht. Sie hatte die Aufgabe bekommen, für einen Chemie-Ingenieur Doktoranten Messungen durchzuführen. Es sollte herausgefunden werden, ob der Stoff Aetoxal (ein Tensid) auf Bakterien eine Auswirkung hat, d.h., ob die Bakterien vermehrt absterben, wenn man einem Stoff; der sie tötet noch Aetoxal zugibt. Alle hofften aber, dass das Aetoxal keine Auswirkung auf die Bakterien hat, denn das Aetoxal sollte auch im Zusammenhang mit Bakterien verwendet werden.
Wir haben eine Pufferlösung, die den pH-Wert stabil hält in eine Reihe von Präparatgläschen hinein pipetiert und dann die Bakterien in die Gläschen pipetiert. Dann haben wir Lysozym in dieGläschen gegeben. Lysozym ist ein Enzym, das Proteine wie Bakterien spaltet, d.h. die Bakterien abtötet.
Dann haben wir in jedes Glas eine unterschiedliche Konzentration an Aetoxal gegeben. Wir haben 15 min gewartet, die Zeit, die das Lysozym braucht, um die Menge an Bakterien abzutöten, die es höchstens abtöten kann.
Dann haben wir die Bakteriensterberate mit dem Fotometer ermittelt. Das ist deswegen möglich, weil lebendige Bakterien ein höheren Anteil an Licht absorbieren können als tote, gespaltene Bakterien.
Als Vergleichswerte haben wir Bakterien mit nur Lysozym angesetzt und im Fotometer untersucht. Wir hofften, dass die Werte der Lichtabsorption bei den Präparaten mit Aetoxal nicht niedriger sein würden als die des Präparates mit ausschließlich Lysozym, d.h. dass das Aetoxal die Bakterien nicht mit abtötet.
Leider war es so, das in den Gläsern mit hohen Aetoxalkonzentrationen doch mehr Bakterien abgestorben sind. Dennoch entschloss sich das Team, Aetoxal weiter im Zusammenhang mit Bakterien zu nutzen, weil kein anderer Stoff anstelle davon in Frage käme.

Am Donnerstag wurde ich von dem Doktoranten betreut, der das Projekt über die Magnetpartikel leitet.

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Erst erklärte er mir ausführlich wie Magnete funktionieren, was die Unterschiede zwischen Elektromagnete (ein Kabel, was von Strom durchflossen wird und deshalb magnetisch ist)und
Permanentmagnete (d.h. normale Magnete) bezüglich ihrer Anwendung sind; und wie man die Anziehungskraft eines Magnetes berechnet.

Dann hat er mir erklärt, was mit dem Aetoxal gemacht wird. Aetoxal ist ein Stoff, der leicht ist und deshalb über dem Wasser schwimmt. Es hat bestimmte Eigenschaften, die bewirken, dass das Aetoxal Magnetpartikel aufnehmen kann: da es ein Tensid ist, bildet es Blasen. Die Moleküle, die die Außenwand des Aetoxalbläschen bilden mögen Wasser. Die Moleküle im Inneren des Bläschen mögen Wasser nicht. Die Magnetpartikel mögen auch kein Wasser,
deshalb gehen sie in die Mitte der Bläschen. Wenn man Wasser, Aetoxal, und Magnetpartikeln in ein Gefäß gibt, kann man nach kurzer Zeit eine Flüssigkeit, die 2 Schichten zeigt. Man spricht hierbei von 2 Phasen, der Aetoxalphase oben und der Wasserphase unten.
Waren Proteine an die Magnetpartikeln gebunden, so sollten sie eigentlich mit den Partikeln in die Aetoxalbläschen kommen. Zur Zeit tun sie es leider noch nicht. Wenn sie es täten, wäre es von Vorteil, denn dann wüsste man, dass die Proteine in der oberen Phase sind. Wenn man dann die Proteine vom Wasser abtrennen wollte, bräuchte man nur noch die obere Phase abzusaugen.

Dieses Verfahren würde die Reinigung von Wasser im Vergleich zur Kläranlage viel günstiger und stromsparender machen.

Am Nachmittag hat mir ein Biotechnologiediplomand seine Versuche über das 2 Phasen System (ATPS= Aetoxal Two Phases System) gezeigt.
Er untersuchte, wie schnell sich die 2 Phasen bilden, wenn man ein Magnet über das Gefäß hält, so dass die Partikeln nach oben gezogen werden. Dafür hat er eine Kamera auf das Gefäß gerichtet, die mit einem Computer verbunden ist, um auf dem Bildschirm sehen zu können mit welcher Geschwindigkeit die Aetoxalbläschen mit den Partikeln nach oben wandern. Allerdings hatte er das Problem, dass der Gefäßrand die Bläschen angezogen und gebremst hat, so dass keine sinnvolle Messung möglich war.

Am Freitag morgen bin ich mit der Mechatronikstudentin zur FH gegangen, wo sie die Konzentration an blauem Farbstoff, der auf die Magnetpartikel gebunden werden kann, mit einem anderen Gerät, den Spektrometer messen wollte. Erst zeigte sie mir die Labore, in denen die Studenten arbeiten. Eins davon war mit einer Luft und Staubabsaugung ausgestattet, die es ermöglicht, staubfrei zu arbeiten.
Danach gingen wir zum Spektrometer.
Bei der Spektroskopie wird das Präparat mit einem Infrarot Laser bestrahlt.
Bei einer bestimmten Wellenlänge des Lichtes gerät der Stoff in Schwingungen. Diese Wellenlänge ist charakteristisch für den Stoff. Wenn die Amplitude der Schwingungen groß war, war die Stoffmenge auch groß.
Wir hatten aber das Problem, dass die blauen Farbpigmente in Wasser gelöst waren. Das Wasser schwingt nämlich bei derselben Wellenlänge wie der Farbpigment. Deshalb konnte man die Schwingungen durch das Wasser und die Schwingung vom Farbpigment nicht auseinanderhalten und konnte keine Aussage über die Konzentration an Farbpigmenten treffen.
Danach gingen wir zurück ins Forschungszentrum und aßen alle zusammen Kekse, wobei ich mich bei allen bedankte.

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Lokale und soziale Aspekte des Arbeitsplatzes

Die Mitarbeiter wechseln ständig zwischen Labor und Büro. Für die Versuche und für das Entwickeln und Produzieren von Produkten gehen sie ins Labor (Mikrobiologielabor, Genlabor, Magnetlabor (Chemielabor)). Es kamen nur bei dem Züchten und Präparieren von Bakterien viele Maschinen zum Einsatz. Deren Anwendung ist in diesem Bereich unverzichtbar, ihre Bedienung stellt auch keine Schwierigkeit dar. Im Mikrobiologielabor muss alles immer klinisch rein sein. Das ständige desinfizieren aber stört einen schon bei der Arbeit. Messgeräte wie der Fotometer oder der Fluoreszenzmesser sind in speziellen
Räumlichkeiten. Da sie im Zusammenhang mit Computer funktionieren, kann es sein, dass man ein Programm umschreiben/ umändern muss.
Wenn Messungen durchgeführt wurden, müssen die Ergebnisse ausgewertet und in ein Diagramm eingetragen werden. Dies geschieht am Computer im Büro.
Dadurch, dass der Arbeitsplatz ständig wechselt bewegt man sich viel und kann sich danach gut konzentrieren.
Jeder der Teammitglieder führt seine Versuche und Messungen in Einzelarbeit durch. Die Mitarbeiter besprechen aber manchmal gemeinsam die Auswertung ihrer Messungen, und regelmäßig ihre Arbeitsergebnisse und beraten sich, was vielleicht an einem Verfahren verändert werden sollte.

Die Gruppe von Herrn Dr. Franzreb zählt etwa 25 Mitglieder. Er leitet zwar die Gruppe, gibt aber keine Arbeitsanweisungen, die Angestellten arbeiten selbstständig. Er schreibt Arbeitsplätze für Studenten im Praxissemester aus, für die sich Studenten bewerben können, mit der Angabe, um was für ein Tätigkeitsfeld es sich genau handelt. Die Studenten, die gerade die Diplom- oder Doktorarbeit vorbereiten, haben ein eigenes Projekt, oder besser gesagt, ein Teilprojekt, denn am Institut sind alle Projekte miteinander verknüpft, sie bauen aufeinander auf. Studenten, die ihr Praxissemester absolvieren bekommen von Doktoranten und Diplomanten Anweisungen, welche Messungen und Experimente sie durchführen sollen. Ansonsten gibt es keine Hierarchie innerhalb des Teams.

Anforderungen

Der durchschnittliche Arbeitstag beträgt ca. 7-8 Stunden pro Tag.
Von jedem werden Genauigkeit und Gewissenhaftigkeit bei der Arbeit verlangt, weil die Versuche sonst ziemlich schnell missglücken. Bei dem Arbeiten mit Bakterien muss man sehr sorgfältig und hygienisch vorgehen

Im Allgemeinen muss man als Forscher sehr geduldig sein, und nicht verzweifeln, wenn ein Versuch nicht gelingt.
Zusätzlich zum Fachwissen ist es auch von Vorteil, sich mit Computer auszukennen.
Es wird erwartet, dass man eigenständig versucht, alle Informationsquellen auszunutzen, um sein Verfahren zu optimieren. Dabei muss man kreativ sein, doch man braucht auch nicht unbedingt ein Genie zu sein. Wenn man methodisch vorgeht, kann man auch als "Normalsterblicher" zu guten Ergebnissen kommen. Man muss z.B. Datenbänke über Stoffeigenschaften durchforsten, um alle Stoffe ausfindig zu machen, die man brauchen könnte, und um den allerbesten Stoff zu finden.

Die Arbeit des Forschers ist sehr abwechslungsreich. Allein an einem Tag bekommt man mehrere verschiedene Tätigkeiten. Bei einem Versuch gibt es viele unterschiedliche

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Arbeitsschritte: Das Präparieren, das Messen, und das Auswerten. Es wird einem nicht langweilig. An jeder Messung, an jedem Versuch arbeitet man so lang, bis man ein zufriedenstellendes Ergebnis bekommt. Das kann von wenigen Tagen bis mehreren Wochen gehen. Es kann manchmal sehr viel Geduld verlangen, wenn eine Messung nicht klappt oder wenn man sich mit einem langsamen Rechner herumplagen muss.

Meist endet ein Projekt nach ein paar Jahren, und die Forscher können sich in ein völlig neues Themengebiet einarbeiten. Da der Forscher im Laufe seines Berufsweges an vielen unterschiedlichen Projekten arbeitet, kommt nie so was wie "Routine" auf. Die eigentlichen

Tätigkeiten (durchführen von Versuchen, usw.) bleiben zwar dieselben, doch dadurch dass er sich immer in neue interessante Themen einarbeitet, ist es dem Forscher nie langweilig.
Bei welchem anderen Beruf gibt es denn so viel Abwechslung?

Die Optimierung eines Verfahrens ist in vielen Hinsichten eine kreative Arbeit: man muss überlegen, wie man einen Versuchsaufbau ändern könnte, damit eine Messung kohärente Ergebnisse ergibt, ob man ein Stoff durch einen anderen ersetzen könnte, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Deshalb kann man als Individuum sehr viel beeinflussen, es ist keine Arbeit, die jeder gleich machen würde.
Dennoch ist man nicht unbedingt auf seine kreative Ader angewiesen. Man kann auf sehr viel Informationsmaterial zurückgreifen, auf Wissen, was zusammengetragen und in riesigen Datenbänken festgehalten ist. Und aus diesen Informationen Lösungen für das eigene Problem ermitteln.

Allerdings sind der Kreativität der Forscher bei der Wahl ihrer Projekte leider oft Grenzen gesetzt.
Man kann als fertiger Ingenieur oder Doktor in einer Firma oder einer Forschungseinrichtung ein Projekt aus mehreren auswählen, die von der Direktion der Einrichtung vorgeschlagen wurden.
Man kann nur Projekte wählen, die Erfolgsversprechend sind, d.h. die eine Firma oder die Öffentlichkeit zu finanzieren gedenkt. Deshalb ist es schwer, für eine völlig neuartige und unbekannte Idee, die man selber "erfunden" hat, Mittel zu bekommen.
Aber es sind schon so viele Ideen und Ansätze von Verfahren vorhanden und bekannt, die darauf warten praxistauglich gemacht zu werden, so dass es sinnvoller ist, diese Weiterzuentwickeln, als gezielt nach etwas anderem zu suchen.

Die Arbeitsatmosphäre im Institut ist sehr kollegial und offen. Da alle Spaß an der Arbeit haben, gibt es keinen Arbeitsdruck.

Arbeitsmarkt: Situation und Prognose

Die Mitarbeiter des Institutes teilten mir mit, dass für Absolventen der Studiengänge mit Schwerpunkt sowohl auf dem naturwissenschaftlichen als auch auf dem technischen Bereich (z.B. Biotechnologie, Chemieingenieurwesen) die Marktsituation sehr gut ist. Sie sind gefragt, weil sie fächerübergreifendes Wissen und Kompetenzen haben. Sie beherrschen das Fachwissenschaftliche und das technisch-mechanische Vokabular, und können daher interdisziplinär arbeiten. Absolventen der Studiengänge Biotechnologie, Bioingenieurwesen, Chemieingenieurwesen sind sehr gefragt, sowohl in der Industrie als auch in der Forschung. Insbesondere wegen der Umweltproblematik verspricht dieser Berufszweig in der Zukunft

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noch wichtiger zu werden. Da hat man schon gute Aussichten, wenn man nur das normale Diplom hat. Anders sieht es beim Studium der klassischen Biologie aus: da ist die Anfrage zu groß, um sichere Zukunftsaussichten zu garantieren, d.h. der Doktortitel wird vorausgesetzt, um eine gute Stelle in der Industrie oder der Forschung zu finden.

Das Arbeiten in einer Forschungseinrichtung hat gegenüber einer Arbeit in der Industrie Vor- und Nachteile.
In der Industrie kann man nicht wirklich seine Projekte selbst aussuchen, die Projekte, die durchgeführt werden müssen um die Produktivität zu steigern werden von der Direktion vorgegeben. Es sind selten Projekte, die darauf zielen, die Umwelt zu schonen.

In einer Forschungseinrichtung kann man das Projekt auswählen, was einem am besten gefällt, vorausgesetzt, man kriegt die Mitteln dafür. Man kann an Projekten arbeiten, die nicht nur der Industrie, sondern auch der Natur und der Öffentlichkeit dient.
Der Nachteil von einer Forschungseinrichtung ist, dass es nur durch öffentliche Mitteln aufrechterhalten wird. Deshalb ist das Arbeitsmaterial manchmal alt oder es gibt nicht genügend Material.

Ein Projekt wird in der Regel in einer Forschungseinrichtung 2 bis 3 Jahre finanziert, in dieser Zeit muss man zu Ergebnissen kommen. Danach muss man entweder wieder Mittel dafür beantragen, oder ein anderes Projekt suchen.

Ausbildung und Beruf

Die Studienmöglichkeiten in diesem Wissenschaftsbereich sind sehr vielfältig. Man kann ein Studium an der Universität, an der Fachhochschule oder der Berufsakademie wählen.
Bei der Wahl des Studienganges sollte man sich genau erkundigen was bei einer bestimmten Einrichtung bei einem speziellen Fach gemacht wird, was genau für Vorlesungen im Programm enthalten sind. Denn es gibt so viele ähnliche Studiengänge: Biotechnologie, Bioingenieurwesen, Bionik, Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik...
Man sollte überprüfen welche Fächer sich hinter den Namen verbergen, denn der selbe Studiumsname bedeutet oft an 2 verschiedenen Einrichtungen ganz verschiedene Programme.
Bei allen Einrichtungen sind Studiengänge mit wissenschaftlicher und technischer Seite sehr Zeitintensiv, so dass es nicht empfehlenswert ist ein anderes, grundverschiedenes Fach daneben zu belegen.

An der FH ist das Studium von Beginn an sehr Praxisbezogen. Man lernt so auch gleich z.B. im Fach Biotechnologie das Pipetieren, das Führen eines Arbeitsprotokoll, Sachen die man im späteren Berufsleben braucht. Die Dauer des Studiums der Biotechnologie und des Chemieingenieurwesen beträgt 4 Jahre inklusive Praxissemester. Es gibt 2 Praxissemester. Numerus Clausus gibt es nicht bei allen Hochschulen, aber Abitur wird immer vorausgesetzt. Zur Zeit ist der Abschluss das Fachhochschuldiplom, man kann an der FH nicht promovieren. Will man promovieren, muss man auf die Universität wechseln. Der Wechsel ist aber teilweise schwierig umzusetzen, da die Dozenten an der Uni der Meinung sind, ein FH-Diplom sei nicht so viel Wert. In der Zukunft wird aber das Diplom durch die Abschlüsse Bachelor und Master ersetzt, damit ein Uni- und ein FH Abschluss denselben Wert haben.Man braucht seinen Stundenplan nicht selbst zu gestalten und seine Vorlesungen zu wählen, denn es wird für einen schon organisiert. Man hat an der FH die Möglichkeit, 6

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Wahlfächer zu nehmen, die an das eigene Studiumsfach grenzen. Man kann während des Studiums sein Fachschwerpunkt wechseln, z.B. bei Biotechnologie eher in die biologische, chemische oder technische Richtung gehen, und sich spezialisieren. Man arbeitet oft im Auftrag von Firmen, und da es eine starke Zusammenarbeit mit der Industrie gibt, hat man gute Chancen, gleich nach dem Studium eingestellt zu werden.

An der Universität arbeitet man mehr theoriebezogen. Man eignet sich sehr viel theoretisches Fachwissen an. Es wird verlangt, dass man Aussagen, z.B. Formeln selbst ermittelt und
überprüft. Es gibt wenig praktische Arbeit. Man kann seinen Stundenplan selbst organisieren und seine Vorlesungen frei wählen. Die Dauer des Studiums des Bioingenieurwesen und des Chemieingenieurwesen an einer Universität beträgt 4 Jahre. Es gibt auch 2 Praxissemester. Numerus Clausus gibt es nicht bei allen Unis. Zur Zeit bekommt man am Ende des Hauptstudiums das Universitätsdiplom, aber es werden in den kommenden Jahren die Studienabschlüsse Bachelor und Master eingeführt werden, die auch international anerkannt sind. Nach dem Hauptstudium kann man nach 2 Jahren promovieren. Die Themen, die man als Doktorarbeit wählen kann, werden von Firmen oder Forschungseinrichtungen vorgeschlagen. Während der Vorbereitungszeit studiert man zwar noch aber man arbeitet schon regulär.
An einer Berufsakademie hat man ein Studium und eine praktische Ausbildung gleichzeitig. Dies ist von Vorteil, da man gleich praktische Erfahrung sammelt. Das Studium kommt dabei aber nicht zu kurz. Das höhere Arbeitspensum durch die Ausbildung wird dadurch ausgeglichen, dass man weniger Semesterferien hat. Dies stellt finanziell kein Problem dar, weil man durch die Ausbildung ja Geld verdient. Es gibt viel Zusammenarbeit mit Firmen, die die Projekte der Studenten (finanziell) fördern. Da die Studenten die Möglichkeit haben, schon während des Studiums ihre  Fähigkeiten den Firmen zu beweisen, werden sie oft gleich danach eingestellt. Die Studiendauer an der Berufsakademie beträgt auch ca. 4 Jahre. Momentan erhält man am Ende des Studiums ein Diplom. Damit ist es schwierig zu promovieren. Doch eine Mitarbeiterin meinte, dies werde sich in den kommenden Jahren ändern.

Vergleich Traum/Realität: Persönliches Fazit

Es hat mir alles sehr gut gefallen. Die Mitarbeiter haben sich alle wirklich sehr viel Mühe gegeben. Beim erklären der Projekte haben sie mir auch umfangreich manche Grundlagen der Chemie und Biologie erklären müssen, die für sie selbstverständlich waren, die ich aber zum Verständnis der Projekte brauchte. Sie haben versucht, alle meine Fragen zu verstehen und zu beantworten und haben mir geduldig die Sachen so lang erklärt, bis ich sie verstanden habe. Sie gaben mir auch viele Informationen über ihren jeweiligen Bildungsweg und den Berufsalltag.

Ich fand die Projekte sehr interessant und auch sehr sinnvoll, denn das Trennverfahren mit den Magnetpartikeln ist umweltschonend. Und es ist mein großes Ziel die Umwelt zu schützen.
Ich fand es spannend, mit daran zu tüfteln, was man bei einem System verbessern kann, und fand es sehr interessant, mitzuverfolgen wie die Forscher auf ihre Lösungsansätze kommen.
Diese Arbeit gefällt mir sehr, da ich selber gerne an einer Problemstellung herumtüftle.
Ich denke, es ist eine Tätigkeit, der ich jahrelang nachgehen könnte, und bei der es mir nie langweilig werden würde. Außerdem macht es Spaß, Flüssigkeiten zu pipetieren, zu mischen, usw..

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Allerdings hatte ich mir davor manche Aspekte der Arbeit anders vorgestellt. Früher dachte ich, als Forscher muss man immer völlig neue Verfahren "erfinden", und meinte, man sei ständig auf seine Kreativität angewiesen, um in seiner Arbeit voranzukommen. Ich hatte Angst, deshalb erfolglos zu bleiben, wenn ich nicht kreativ und talentiert genug wäre.
Als ich zuerst hörte, dass man eigentlich nur dafür zuständig ist, bereits bekannte Verfahren zu optimieren, war ich erst ein Bisschen enttäuscht, weil ich dachte, das kreative Arbeiten zu vermissen. Als ich aber im Laufe der Woche mitbekommen habe, wieviel Einfluss man als
Forscher, als Individuum auf die Entwicklung der Verfahren nehmen kann, war die Enttäuschung weg. Dann war ich auch froh und erleichtert zu sehen, dass man nicht ständig geniale Einfälle zu haben braucht, um mit der Arbeit voranzukommen, wenn man methodisch arbeitet, und dass man nicht hochgenial zu sein braucht, um ein Verfahren zu verbessern, und somit etwas für die Umwelt tun zu können.

Davor dachte ich auch, Forscher würden ständig in großen Gruppen gemeinsam arbeiten. Dies ist nicht der Fall. Jeder arbeitet alleine an seinem jeweiligen Versuch, jedoch erfolgen regelmäßige Gruppengespräche. Die Atmosphäre ist sehr kollegial.

Vom Mikrobiologielabor war ich sehr beeindruckt. Ich habe mich gewundert, wie viele Sicherheitsvorkehrungen und Reinheitsgebote es gibt, und wie groß die Anlagen sind, in denen die Bakterien gezüchtet werden, da ich früher nur die Petrischale kannte.
Die Arbeit im Chemie- bzw. Magnetlabor hatte ich mir ungefähr so ausgemalt.

Diese Woche hat mich auf jeden Fall in meinem Wunsch bekräftigt, Biotechnologie, Bioingenieurwesen oder Chemieingenieurwesen zu studieren. Ich finde die 3 Fächer alle toll wobei ich am Meisten zum Fach Chemieingenieurwesen tendiere, um alle Vorgänge in der Natur zu verstehen, denn die Natur besteht auch aus anorganischen Stoffen.

Ich habe vor, an einer Universität zu studieren, denn ich halte es für wichtig, ein breitgefächertes theoretisches Fachwissen zu haben, um am effizientesten arbeiten zu können. Am liebsten würde ich in Karlsruhe studieren. Der Doktorand studiert da und ist dort sehr zufrieden. Ich will vielleicht auch nach dem Hauptstudium promovieren. Man "verliert" dadurch keine Zeit, man arbeitet ja schon während der Vorbereitungszeit auf die Promotion, und man hat danach noch sicherere Arbeitsaussichten.

Ich will auf jeden Fall in einer Forschungseinrichtung arbeiten und nicht in der Industrie, denn mir ist es sehr wichtig, an einem Projekt arbeiten zu können,  was ich für sinnvoll halte.