Master's Thesis

Die Master Thesis ist das Herzstück Ihres Studiums: Die Modulauswahl der Entrepreneurial Skills und der Advanced Life Science Skills treffen Sie bereits mit Blick auf Ihre Thesis. Von Beginn weg sind Sie Teil einer Forschungsgruppe am Institut für Chemie und Biologische Chemie in Wädenswil oder extern in einer Firma, Organisation oder Forschungseinrichtung. Basierend auf Ihrer Forschung beantworten Sie explizite Fragestellungen und erarbeiten konkrete Lösungen mit Relevanz für Forschung, Wirtschaft oder Gesellschaft, oft in Zusammenarbeit mit nationalen oder internationalen Partnern. Mit der Thesis demonstrieren Sie den gezielten Einsatz Ihres erworbenen Wissens und Ihrer Kompetenzen.

Das Thema Ihrer Master Thesis wählen Sie in einer der sieben nachfolgenden Fachsgruppen. Sie sind Teil der Fachgruppe, vertiefen die experimentellen Fähigkeiten im gewählten Forschungsgebiet und gewinnen einen detaillierten Einblick in die Methodik der Durchführung anspruchsvoller Forschungsprojekte.

Kontakt: Dr. Susanne Kern

• Synthese und Charakterisierung von chiralen Molekülen mit Hilfe der Infrarotspektroskopie
  Mazenauer, Manuel R.; Manov, Stole; Galati, Vanessa M.; Kappeler, Philipp; Stohner, Jürgen, 2017. Synthetic routes for a variety of halogenated (chiral) acetic acids from diethyl malonate. RSC Advances. 7(87), S. 55434-55440.
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• Enantiomerentrennung kleiner chiraler Moleküle
  Spenger, Benjamin; Stohner, Jürgen, 2016. Verfahren zur gaschromatischen Trennung eines Enantiomerengemisches. Patentnummer EP3069777 A1 (2016-09-21).
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• Hochauflösende Schwingungsrotationsspektroskopie kleiner Moleküle relevant in der Atmosphären- und Umweltchemie
  Hobi, Fabian; Berger, Robert; Stohner, Jürgen, 2013. Investigation of parity violation in nuclear spin-rotation interaction of fluorooxirane. Molecular physics. 111(14-15), S. 2345-2362.
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  (Zusammenarbeit mit ETH Zürich)
• Bestimmung der absoluten Konfiguration chiraler Moleküle mit neuen spektroskopischen Methoden
  Pitzer, Martin; Berger, Robert; Stohner, Jürgen; Dörner, Reinhard; Schöffler, Markus, 2018. Investigating absolute stereochemical configuration with coulomb explosion imaging. Chimia. 72(6), S. 384-388.
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  (Zusammenarbeit mit Universität Frankfurt und Universität Marburg)
• ... Mischungen ...
  Böselt, Lennard; Sidler, Dominik; Kittelmann, Tobias; Stohner, Jürgen; Zindel, Daniel; Wagner, Trixie; Riniker, Sereina, 2019. Determination of absolute stereochemistry of flexible molecules using a vibrational circular dichroism spectra alignment algorithm. Journal of chemical information and modeling. 59(5), S. 1826-1838.
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  (Zusammenarbeit mit Novartis und ETH Zürich)
• Reactor design for a bio-ethanol to acetic acid production via catalytic oxidation in a trickle-bed reactor 
  (Zusammenarbeit mit Biosimio Chemicals, ETH Zurich Startup)

Kontakt: Dr Kerstin Gari

• Identifizierung neuer Target Sites für kovalente niedermolekulare Antagonisten: Aufreinigung von Proteinen und Charakterisierung von potenziellen Target Sites durch Struktur-Funktions-Studien und Massenspektrometrie.

• Charakterisierung von Protein-Protein-Interaktionen und Proteinstabilität: In vitro-Interaktionsstudien und zelluläre Proteinstabilitätsstudien zur Identifizierung neuer therapeutischer Target Sites in krankheitsrelevanten Proteinen.

• Entwicklung von niedermolekularen Antagonisten für krankheitsrelevante Proteine: Screening von Bibliotheken und funktionale Charakterisierung durch biochemische und zelluläre Assays.

• Entwicklung von isothermalen DNA-Amplifikationsmethoden zum Nachweis von Pathogenen: Dieses Projekt beinhaltet Proteinaufreinigung und Assay-Optimierung.

Kontakt PD Dr. Mathias Schmelcher

• Entwicklung bakterieller Reporterstämme zur Überwachung der Wirksamkeit neuartiger antimikrobieller Wirkstoffe in vitro und in vivo
• Entwicklung von Assays zur Bewertung der antimikrobiellen Wirksamkeit neuartiger Verbindungen

Kontakt: Prof. Dr. Sabina Gerber

• Monoklonale, therapeutische Antikörper: Rekombinante Expression und Downstream Processing von monoklonalen Antikörpern und Antikörperfragmenten, sowie neuartigen Antikörperformaten. Analyse der physikochemischen Eigenschaften und Quantifizierung der Bindeinteraktion mit Antigenen und Fc Rezeptoren.
• Fc Rezeptoren für die Analytik von monoklonalen, therapeutischen Antikörpern: Rekombinante Expression, Downstream Processing und Bioanalytik von humanen Rezeptoren, sowie Messung der Bindeinteraktion mit monoklonalen, therapeutischen IgG Antikörpern.
• Post-translationale Modifikationen von therapeutisch relevanten Antigenen: Analyse der Rolle der N-Glycosylierung von Antigenen bei der Bindeinteraktion mit monoklonalen, therapeutischen Antikörpern.
• Structure-Activity Relationship und Reaktionsmechanismus von Bakteriophagen Tailspike Proteinen: Klonierung, rekombinante Expression, Downstream Processing, Bioanalytik von Tailspike Proteinen und Entwicklung von Assays für die Charakterisierung des katalytischen Mechanismus und der Spezifität für Lipopolysaccharidsubstrate.

Kontakt: Dr. Margit Winkler

• Hydrogen driven enzymatic reactions: Molecular hydrogen is the most atom efficient reducing agent. Some enzymes and microbes are able to transfer electrons from hydrogen gas to small molecules. In this project, we are exploring enzyme catalysed reduction reactions in a customized hydrogen reactor that allows investigation of multiple reactions at the same time. The workflow includes biocatalyst preparation (cultivation, protein enrichment or purification), reaction engineering (variation of reaction parameters in H2-reactor) and analyses (SDS-Page, gas chromatography and/or high performance liquid chromatography). This research is in collaboration with the Austrian Center of Industrial Biotechnology and other academic and industrial partners.
• Novel enzymes for fragrance synthesis: Many aldehydes come with very characteristic smell – think of cinnamaldehyde and vanillin. Their chemical synthesis is challenging, but a number of enzymes are able to convert more stable and less volatile precursor molecules to valuable aldehydes. In this project, we aim for enzyme discovery by database mining, expression of novel target sequences in E. coli or K. phaffii, experimental proof of enzymatic activity and enzyme characterization. The workflow includes catalyst design (database mining, generation of expression vectors), enzyme production (cultivation, enzyme purification), analyses (Gel-electrophoresis, SDS-Page, gas chromatography and/or high performance liquid chromatography) and enzyme characterisation (substrate scope, ph/T-optima, binding affinities, kinetic parameters). This research is in collaboration with TUWien and the University Zagreb.
• Bringing enzymes that catalyze rare transformations closer to applications: Biosynthetic gene-clusters are composed of multiple components which work together like molecular assembling machines. Some of these clusters are very unique and possess modules which catalyze rare but synthetically valuable reactions. The workflow in the lab may include enzyme production design (generation of expression vectors, evaluation of expression strategies, cultivation, enzyme purification), analyses (Gel-electrophoresis, SDS-Page, GC and/or HPLC), optimization of reaction conditions (substrate concentration, ph, temperature, co-solvents) and enzyme improvement (rational design or directed evolution). One example is a ring-hydroxylase with a rare activity that is investigated in collaboration with the Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität.

Kontakt: Dr. Peter Riedlberger

• Bestimmung der katalytischen Aktivität von heterogenen Katalysatoren
• Kontinuierliche Synthese heterogener Katalysatoren - Bestimmung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen
• Raman Spektrometrie als online-Analytik für eine heterogen katalysierte Reaktion in einer Mikroreaktoranlage
• Opportunities of micro reaction systems for controllable preparation of particles
• Impact of complex fluids in microchannel flows
• Sustainable Engineering – from concept to real plant
• Model predictive control in Chemical Engineering
• Machine learning for laboratory monitoring – Keyword: Industry 4.0

Kontakt: Dr. Christian Adlhart

• Ultraleichte Nanofaser Aerogele: Diese neuen Materialien sind hoch porös und wir nutzten sie zurzeit als Filter, Gasspeicher, thermische Isolatoren oder als Substrat für das Tissue Engineering.
• Funktionsmaterialien aus Nanofasern: Durch das Elektrospinning von Biopolymeren lassen sich Fasern mit Durchmessern von 100 nm herstellen. Ihre hohe spezifische Oberfläche und Oberflächen Funktionalisierbarkeit sind für die Life Sciences, z.B. im Tissue Engineering von sehr grossem Interesse.
• Drug Delivery über die Haut: Ein Patch aus Biopolymer Nanofasern könnte das ideale Trägersystem für die kontrollierte Wirkstoffabgabe über die Haut sein. In Zusammenarbeit mit der Fachgruppe Pharmazeutische Technologie.
• Verfolgung von Wirkstoffen durch die Haut: Können wir mit dem Raman Mikroskop in vivo verfolgen, wie schnell Wirkstoffe in die Haut eindringen? Wie steuern Formulierung und Vehikel die Penetration kosmetischer oder pharmazeutischer Wirkstoffe?
• Bestimmung des Sonnenschutzfaktors mittels Raman Mikroskopie: Heutige Verfahren sind ethisch bedenklich. Mit dem Raman Mikroskop könnte man ein in vivo Verfahren etablieren, das ohne UV Bestrahlung arbeitet.

Kontakt: Prof. Dr. Achim Ecker

• Enzymkatalyse: Im Labor der Industriellen Chemie steht die SpinChem®-Technologie (Rotating Bed Reactor RBR) in verschiedenen Maßstäben zur Verfügung. In dieser Arbeit soll nun exemplarisch gezeigt werden, dass sich dieses System eignet, um dynamisch kinetische Racematspaltungen (DKR) durchzuführen. Racematspaltungen werden zur Trennung von racemischen Gemischen durchgeführt, was wegen der oft biologisch unterschiedlichen Aktivität von Enantiomeren vor allem für Wirkstoffe von Pharmaka oder Pflanzenschutzmitteln von Bedeutung ist.
  (Zusammenarbeit mit SpinChem und Purolite)
• Online-Polarimetrie: Enzymkatalyse als auch die  Prozessanalysetechnik (PAT) sind zukunftsweisende und nachhaltige Konzepte der Grünen Chemie. Anhand einer enantioselektiven Modellreaktion soll die Eignung der Polarimetrie als online-Prozessanalysenmethode für die Feinchemie untersucht werden. Obwohl naheliegend, gibt es hierfür erstaunlicherweise nur sehr wenige in der Literatur beschriebene Beispiele.
  (Zusammenarbeit mit Anton-Paar OptoTec GmbH/Seelze D).
• Massiver Sensoreinsatz im Labor: In diesem Projekt  geht es um die breit angelegte Erfassung von Prozessdaten bzw. Sensordaten im Labor der Industriellen Chemie in Analogie zu einem chemischen Betrieb. Hierfür steht eine professionelle Datenbanklösung (OSIsoft PI-System®) zur Verfügung, an die die vorhandenen Prozessleitsysteme (z.B. HiTec Zang LabManager®, Mettler-Toledo iC-Software) sowie sonstige Sensoren (Energieverbrauch, Klima auf Basis von Raspberry Pi) angebunden werden sollen. In einem nächsten Schritt geht es dann auch um die Auswertung dieser Daten um Prozessverständnis zu generieren.
  (Zusammenarbeit mit Lonza/Basel CH)
• Photonendichtewellen PDW-Spektroskopie (NEU): Im Labor der Industriellen Chemie steht diese ganz neue Prozessanalysemethode für die Inline-Charakterisierung von partikulären Systemen zur Verfügung. Diese Methode, mit der sowohl die Streuung als auch die Absorption von Dispersionen untersucht werden kann, soll nun erstmals eingesetzt werden, um die Nassmahlung von Pigmenten inline zu untersuchen.
  Pigmente, also unlösliche Farbmittel, müssen für den Einsatz in der Regel nass gemahlen werden, um den gewünschten Farbort zu erreichen. Für diese Arbeit steht neben dem PDW-Spektrometer auch eine Laborkugelmühle für die Nassmahlung zur Verfügung.
  (Zusammenarbeit mit PDW Analytics Potsdam/D)
• Local Colours: Avocadoschalen oder Rotkohlblätter um Textilien zu färben? Das geht! Unterschiedliche, kompostierbare Reste aus der lokalen Lebensmittelindustrie verwandeln sich in überraschende, natürliche Farbstoffe. Local Colours will etwas Einzigartiges: dieses Abenteuer mit Ihnen solide und wissenschaftlich weiterverfolgen!
  Mit diesem Projekt soll systematisch das Färben von Textilien mit Extrakten aus Lebensmittelabfällen untersucht werden. Ziel ist es, ein möglichst nachhaltiges  Verfahren zu erarbeiten. Einerseits gilt es die Extraktion mittels statistischer Versuchsplanung und evtl. Prozessanalytik zu optimieren (mL- bis L-Massstab) und eine optimale Produktform (Konzentrat, Pulver) für die nachgelagerten Verfahrensschritte zu identifizieren. Anderseits gilt es industriell anwendbare Färberezepturen zu erstellen.
  Erfahren Sie mehr über Local Colours

Kontakt: Prof. Dr. Michael Raghunath

• Stem cell applications: Nutraceutical platform based on human progenitor cells (brown and white adipose tissue); Induced pluripotent stem cells, exosome typing, Reporter assays
• Biofabrication: development of enzymatic bio-ink, bioprinted skeletal muscle, voxelated tissue assembly (cancer models, pancreas, fat)
• Immuno-bioengineering: Immunogenic expression of cell membrane structures; 3D bone marrow models
• 3D epithelial constructs: Skin Photobiology; immuncompetent skin models; renal tubules

Kontakt: Prof. Dr. Rainer Riedl, Dr. Stefan Höck

• Design und Synthese von neuen Inhibitorgrundgerüsten für medizinalchemisch relevante Proteintargets
  S. Agnello, M. Brand, M. F. Chellat, S. Gazzola, R. Riedl, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 3300.
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  and
  Targeting Antibiotic Resistance
  M. F. Chellat, L. Raguž, R. Riedl, Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 6600.
  Weitere Informationen zu diesem Thema
• Lineare und cyclische Peptide und Peptidomimetics als Inhibitoren von Protein-Protein-Wechselwirkungen
  F. M. Gall, D. Hohl, D. Frasson, T. Wermelinger, P. R. E. Mittl, M. Sievers, R. Riedl, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 4051.
  Weitere Informationen zu diesem Thema
• Computerunterstütztes und fragmentbasiertes drug design
  Lanz, J. and Riedl, R. (2015), Merging Allosteric and Active Site Binding Motifs: De novo Generation of Target Selectivity and Potency via Natural-Product-Derived Fragments. ChemMedChem, 10: 451-454.
  Weitere Informationen zu diesem Thema
• Synthese von Enzyminhibitoren durch dynamische kombinatorische Chemie.

Kontakt: PD Dr. Dominik Brühwiler

• Nanoporöse Materialien mit multimodalen Porensystemen und Kern-Schale-Strukturen
  M. J. Reber, D. Brühwiler, Dalton Trans. 44 (2015) 17960.
  Weitere Informationen zu diesem Thema
• Selektive Funktionalisierung von Silica-Oberflächen
  N. Zucchetto, D. Brühwiler, Chem. Mater. 30 (2018) 7280.
  Weitere Informationen zu diesem Thema
• Neue Pigmente basierend auf Wirt-Gast-Materialien
  P. Woodtli, S. Giger, P. Müller, L. Sägesser, N. Zucchetto, M. J. Reber, A. Ecker, D. Brühwiler, Dyes and Pigments 149 (2018) 456.
  Weitere Informationen zu diesem Thema
• Mesoporöse Silica-Partikel für die Klimaforschung
  R. O. David, C. Marcolli, J. Fahrni, Y. Qiu, Y. A. Perez Sirkin, V. Molinero, F. Mahrt, D. Brühwiler, U. Lohmann, Z. A. Kanji, Proc. Natl. Acad. Sci. 116 (2019) 8184.
  Weitere Informationen zu diesem Thema

Kontakt: Dr. Thomas Pielhop

• Vorbehandlung lignocellulosehaltiger Biomasse zur Herstellung erneuerbarer Chemikalien
  Nicht essbare Biomasse wie Holz oder Stroh (Lignocellulose) ist eine nachhaltige Alternative zu fossilen Rohstoffen. Diese Biomasse muss jedoch zunächst aufgeschlossen werden, um die enzymatische Verzuckerung der Cellulose und damit die fermentative Produktion verschiedener Chemikalien zu ermöglichen. In diesem Projekt wird die Biomasse in einem speziellen Dampfverfahren unter Zugabe von Chemikalien (carbocation scavengers) behandelt und deren Wirkung auf die Biokonversion der Zellulose und auf die Ligninqualität untersucht. Die entsprechenden Studien umfassen Vorbehandlung der Biomasse, enzymatische Verzuckerung der Cellulose (Cellulasen) und Ligninanalyse (z.B. GPC, NMR).
• Nutzung von Lignin in erneuerbaren Polymeren
  Lignin ist das zweithäufigste natürliche Polymer und der Hauptbestandteil von nicht essbarer Biomasse wie Stroh oder Holz. Es ist eine vielversprechende Alternative, um die Verwendung fossiler Ressourcen in synthetischen Polymeren zu reduzieren oder gar zu ersetzen, ohne mit der Nahrungsmittelproduktion zu konkurrieren. In diesem Projekt wird Lignin aus Lignocellulose in einem milden Verfahren isoliert, um ein Lignin von hoher Qualität zu erhalten. Das Verfahren umfasst die Vorbehandlung der Biomasse unter Zugabe von Chemikalien (carbocation scavengers) und die Isolierung des Lignins durch Hydrolyse der Cellulose oder durch Extraktion mit organischen Lösungsmitteln. Die Qualität des gewonnenen Lignins wird mit verschiedenen Methoden (z.B. GPC, NMR, FTIR) analysiert. Das Lignin wird im Anschluss chemisch funktionalisiert um es für seine spätere Anwendung, z. B. als Fliessmittel in Beton oder für diverse Batterieanwendungen, anzupassen.
• Nachhaltige Produktion von Hyaluronsäure aus Lignocellulose
  Hyaluronsäure ist ein Polymer, das im Gewebe fast aller Säugetierarten vorkommt und auch in kosmetischen oder medizinischen Anwendungen eingesetzt wird. In diesem Projekt soll die Fermentation mit einem rekombinanten E.Coli-Stamm für die Produktion von Hyaluronsäure optimiert werden. Insbesondere soll die Verwendung von nachhaltigeren Rohstoffen (aus Lignocellulose gewonnene Zucker, Melasse) untersucht werden. Die im Prozess produzierte Hyaluronsäure wird analysiert (z.B. GPC, NMR) und mit Hilfe eines industriellen Partners (Givaudan SA) für die Eignung in kosmetischen Anwendungen getestet.

Kontakt: Prof. Dr. Bastian Brand

• Automatisierte Synthese von Ionenchromatographiesäulen
  Polymerische Grundpartikel werden in Säulen gepackt und anschliessend schichtweise durch Flusschemie funktionalisiert. Wir bieten Masterarbeiten in mehreren Bereichen dieses Projekts an, mit Fokus auf Synthese, Automation oder Analytik.
• Zuckerbasierte Oberflächenfunktionalisierung
  Eine funktionelle Schicht basierend auf Zuckern wird durch Glykosylierungschemie ausgehend von Hydroxylen von der Oberfläche gepfropft. Das Glycosylierungsreagenz wird dafür speziell in unserer Gruppe synthetisiert. Der proof of concept wurde für dieses Projekt kürzlich erbracht und eröffnet die Möglichkeiten für detailliertere Untersuchungen der entstehenden Struktur und ihrer Effekte auf das Material.
• Keramikbasierte Stationärphasen
  Polymerische und Silica-basierte Stationärphasen sind üblich in allen Feldern der Flüssigchromatographie. Materialien auf keramischer Basis, wie zum Beispiel Zirkoniumoxid, sind seltener aufgrund ihrer schwierigen Oberflächenfunktionalisierung. In Zusammenarbeit mit Keramik-Experten von der School of Engineering 3D-drucken wir Chromatographiesäulen und funktionalisieren diese im Durchfluss.
• Synthese monodisperser Polymerpartikel mit Pickering-Emulsion
  Dispersionspolymerisation wird breit eingesetzt für die Herstellung monodisperser Polymerpartikel im Grössenbereich 2-10 um. Grössere oder kleinere Partikel sind möglich herzustellen, üblicherweise aber auf Kosten hoher Polydispersität.
  Kürzlich wurde ein Prozess zur Dispersionspolymerisation publiziert, welcher Nanopartikel als Stabilisator einsetzt (https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.11.069). Diese Pickering-Emulsion ermöglicht die Synthese höchst monodisperser Partikel kleiner als 1 um.
  In diesem Projekt werden wir diese Methode anwenden zur Herstellung eines hochdefinierten Trägermaterials für Chromatographie.
• Bratensauce-Synthese
  Der aktuelle Trend des Flexitarismus verlangt eine Menge Innovation von den Herstellern von Geschmacksstoffen. Üblicherweise Fleisch-basierte Geschmacksstoffe, wie Bratensaucekonzentrat, sind als pflanzenbasierte Alternative hoch gefragt. Braune Saucen erhalten ihren Geschmack dadurch, dass Proteine eine Maillard-Reaktion eingehen. Wird anstatt Bratenfleisch jedoch pflanzliches Protein in traditionellen Schmorprozessen eingesetzt, resultiert ein weniger geschmacksvolles Produkt. Lebensmittelwissenschaftler schreiben dies dem höheren Fettgehalt in Fleisch zu; dessen Einfluss auf die Verteilung polarer und apolarer Stoffe könnte andere Maillard-Produkte zur Folge haben.
  In diesem Projekt untersuchen wir die Effekte emulgierter Öle und Fette auf Maillard-Reaktionen in Schmorprozessen pflanzlicher Proteine.