Authors: Drees, Carolin
Title: Analyse mikrobiologischer Proben auf Basis der Ionenmobilitätsspektrometrie
Other Titles: Instrumentelle Entwicklungen und exemplarische Anwendungen
Language (ISO): de
Abstract: Die vorliegende Dissertation konzentriert sich zum einen auf experimentelle Anwendungen der Ionenmobilitätsspektrometrie im Bereich der Mikrobiologie und zum anderen auf gezielte instrumentelle Entwicklungen, um die Akzeptanz der Methode zu verbessern. Zunächst konnte gezeigt werden, dass durch Headspace-Analysen unterschiedlicher Bakterienkulturen die Identifizierung verschiedener Spezies und die Überwachung deren bakteriellen Wachstums möglich war. Aufbauend auf diese Arbeiten wurde als neue Ionisierungsmethode das Flexible Microtube Plasma vorgestellt, um damit die üblichen radioaktiven β-Strahlungsquellen mit ihren regulatorischen Einschränkungen zu ersetzen. Nach gezielten Optimierungsschritten konnte Helium durch Stickstoff als Arbeitsgas ersetzt werden ohne Sensitivität einzubüßen. Hierzu wurde unter anderem eine Ionisierungskammer mittels 3D-Druck gefertigt. Darauf aufbauend wurde im Folgenden erstmals ein vollständig, mittels 3D-Druck Verfahren gefertigtes Ionenmobilitätsspektrometer vorgestellt und dessen Performance mit einer Referenz aus PTFE verglichen. Veränderte Materialeigenschaften machten es zunächst notwendig weitere Designoptimierungen durchzuführen. Letztendlich wurde das optimierte, vollständig 3D gedruckte Ionenmobilitätsspektrometer der Referenz qualitativ angeglichen. Somit konnte gezeigt werden, dass sich der 3D-Druck als alternatives Herstellungsverfahren für Ionenmobilitätsspektrometer eignet. Für die Analyse flüssiger Proben wurde abschließend ein miniaturisierter Thermodesorptionschip vorgestellt. Dieser Chip ermöglichte erstmals in Kombination mit dem Flexible Microtube Plasma nicht-flüchtige Stoffe, wie den Autoinducer N-hexanoyl-L Homoserinlacton, direkt aus einer Lösung heraus zu adsorbieren, anschließend zu thermodesorbieren und mittels Ionenmobilitätsspektrometer nachzuweisen.
The present thesis focuses on experimental applications of ion mobility spectrometry in the field of microbiology on one hand and on targeted instrumental developments to improve the acceptance of the method on the other. It could be demonstrated that headspace analyses of different bacterial cultures allow early recognition of bacterial growth and rapid pathogen identification. Based on this, a new ionization method, namely the Flexible Microtube Plasma, was presented to replace the commonly used radioactive β-radiation sources with their regulatory restrictions. After targeted optimization steps, helium as working gas could be replaced by nitrogen without losing sensitivity. For this purpose, an ionization chamber was manufactured using 3D-printing. Furthermore, a completely 3D-printed ion mobility spectrometer was presented for the first time and its performance was compared with a reference made of PTFE. Modified material properties made it necessary to optimize the initial design. Overall, comparable analytical response and general performance of the commonly fabricated ion mobility spectrometer was achieved by the completely 3D-printed one. This demonstrates, that 3D printing is a suitable alternative for manufacturing ion mobility spectrometers. Finally, a miniaturized thermal desorption chip was applied for the analysis of liquid samples. For the first time a combination of thermal desorption chip, a Flexible Microtube Plasma and ion mobility spectrometer allowed the adsorption, thermal desorption and detection of non-volatile substances, such as the autoinducer N-hexanoyl-L-homoserine lactone.
Subject Headings: Ionenmobilitätsspektrometrie
Mikrobiologie
Sepsis
mVOCs
3D-Druck
Ionisierungsquellen
Subject Headings (RSWK): Mikrobiologie
Ionenmobilitätsspektrometrie
URI: http://hdl.handle.net/2003/40552
http://dx.doi.org/10.17877/DE290R-22421
Issue Date: 2021
Appears in Collections:Lehrstuhl Technische Biochemie

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