Die automatische Reinigung von Verarbeitungsmaschinen erfolgt industriell auf Basis von Erfahrungswissen oder empirisch ermittelter Daten. Ein grundsätzliches Verständnis komplexer Reinigungsprozesse würde diese momentane Praxis, die sowohl fehleranfällig ist als auch ein hohes Einsparpotential an wichtigen Ressourcen bietet, deutlich verbessern. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, durch die Untersuchung von Reinigungsvorgängen im immergierten System einen Beitrag zur Verbesserung der Ressourceneffizienz und der Prozesssicherheit automatischer Reinigungsvorgänge in Verarbeitungsmaschinen zu leisten. Ausgehend davon werden in einem ersten Schritt sowohl Kenntnisstand als auch offene Fragen im Verständnis von Reinigungsvorgängen im immergierten System identifiziert. Darauf aufbauend erfolgt die Betrachtung vorhandener industrieller sowie labortechnischer Messmethoden zur Analyse von Reinigungsvorgängen. Auf Basis dieser rechercheorientierten Arbeit wird die Arbeitshypothese aufgestellt, dass die Untersuchung der Wirkmechanismen der Reinigung im immergierten System auf der Betrachtung komplexer Strömungsgeometrien mit einem geeigneten Messsystem beruht. Die Konzeption eines solchen Messsystems sowie die Durchführung der Versuche stellen den ingenieurtechnischen Kern der vorliegenden Arbeit dar. Die Auswertung der gesammelten Erkenntnisse sowie die kritische Prüfung und Einordnung in den Stand der Forschung bilden den wissenschaftlichen Schwerpunkt. Im Ergebnis werden aus den somit gewonnenen Erkenntnissen zu den Wirkmechanismen der Reinigung Rückschlüsse auf die wissenschaftliche Weiterführung dieser Untersuchungen sowie auf die Anwendung in der industriellen Praxis gezogen.

Purpose: Periodontitis generally initiates in the interdental area, where biofilm development is difficult to interrupt. Mechanical cleaning with interdental brushes (IDB) offers an effective method for plaque control and prevents gingivitis and periodontitis. This study aimed to determine whether mechanical cleaning with interdental brushes combined with the use of cetylpyridinium chloride (0.3% CPC) gel was more effective at plaque control compared with mechanical cleaning with interdental brushes alone. Materials and Methods: Forty individuals (30 - 70 years) with at least 20 teeth and moderate chronic periodontitis who had no experience with interdental cleaning aids were randomly assigned to a treatment group (brush + gel, n = 20) or a control group (brush, n = 20). Both groups were examined by a dentist at baseline and at 3 and 6 months for changes in interdental plaque [interproximal plaque index (API)] levels, gingival inflammation [sulcus bleeding index (SBI)], probing depth (PD), and bleeding on probing (BOP). Results: No baseline differences in age, gender, or number of teeth were observed between the two groups. During the study period, improvements in API and BOP were comparable between groups. However, improvements in SBI and PD were significantly greater in the test group than in the control group (P = 0.046 and P = 0.029, respectively). Conclusion: Mechanical interdental plaque control with interdental brushes combined with the use of CPC gel significantly improved 6-month gingival and periodontal outcomes (SBI and PD) compared with mechanical cleaning with interdental brushes alone.

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der anaeroben Entfärbung und aeroben Reinigung von Textilabwasser durch biologische Verfahren. Dazu wurde über mehrere Jahre eine Versuchskläranlage im Pilotmaßstab betrieben und die dabei gewonnenen Erkenntnisse in einer Betriebskläranlage umgesetzt. Die Pilotanlage bestand aus einer anaeroben Vorlage und einem Reaktor, der nach dem SBR-Verfahren (sequentielles biologisches Reinigungsverfahren) betrieben wurde. Das Reaktorvolumen beider Behälter betrug 1 m³. Mit dieser Anlage wurden in der Anaerobstufe farbige Abwässer und gezielt verschiedene Farbmittel entfärbt und in der anschließenden aeroben Belebung die organischen Belastungen und andere Verschmutzungen bis auf die vom Gesetzgeber geforderten Grenzwerte reduziert. Die Versuche ergaben, daß es unter anaeroben Bedingungen möglich ist, auch aerob nicht eliminierbare Färbemittel abzubauen und damit das Gesamtabwasser zu entfärben. Für die Versuche kamen nur „reale“ Abwässer zum Einsatz. Durch die umfangreichen Untersuchungen und Anpassungen an der Versuchskläranlage konnte das Verfahren für die Textilveredlung Erzgebirge technisch so weiterentwickelt werden, daß solide Bemessungsgrundlagen für die großtechnische Realisierung in Form einer Betriebskläranlage vorlagen. Das Reaktorvolumen der beiden parallel geschalteten SBR-Behälter beträgt jeweils 1200 m³. Neben der umfassenden Darstellung und Auswertung der Forschungsergebnisse und Praxiserfahrungen an der Pilotanlage in zahlreichen Abbildungen und Tabellen ist auch die Dokumentation des mehrjährigen Betriebs der Großanlage Gegenstand dieser Arbeit. Am Gesamtabwasserstrom eines Textilveredlungsbetriebes konnte die Eignung einer Kombination aus anaerober biologischer Entfärbung und aerober biologischer Reinigung nachgewiesen werden.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es eine Aussage zur Validität eines Prozessmodells zur Strahlreinigung anhand zweier Stärkeverschmutzungen zu treffen. Dazu wurden die Messdatenerfassung und -auswertung bezüglich optischer Wechselwirkungen zwischen Quellungs- und Abtragvorgängen der Stärke korrigiert. Zur Parametrierung eines verschmutzungsspezifischen Abtragmodells quellungsfähiger Verschmutzungsstoffe erfolgte eine ausführliche Parameterstudie in einer ebenen Kanalströmung für die generierten Modellverschmutzungen der Wachsmais- und Maisstärke. Die ermittelten Modellparameter wurden daraufhin auf verschmutzungs- und strömungsseitige Abhängigkeiten hin untersucht und folgend an die Vorgänge bei der Strahlreinigung angepasst. Eine weitere Parameterstudie mit variierten Betriebsgrößen der Strahlreinigung erlaubte letztlich einen Vergleich des analytischen Reinigungsmodells sowie der numerischen Reinigungssimulation mit den Experimentdaten.:Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Grundlagen der Reinigung 2.1.1 Verschmutzung und ihre Versagensarten 2.1.2 Einteilung und Verfahrensparameter der Reinigung 2.1.3 Physikalische Vorgänge bei der Strahlreinigung 2.1.4 Klassifizierung und Reinigungsverhalten von Verschmutzungen 2.2 Detektion des Reinigungsverlaufs 2.2.1 Physikalischer Effekt der Photolumineszenz 2.2.2 Praktische Anwendung der Photolumineszenz zur Reinigungsdetektion 2.3 Aktueller Stand des Prozessmodells 2.3.1 Grundaufbau des Prozessmodells 2.3.2 Modellierung der Fluidströmung 2.3.3 Modellierung und Parametrierung des Verschmutzungsabtrags 2.3.4 Validierung des Prozessmodells 3 Zielsetzung und Lösungsweg 4 Modellverschmutzungen 4.1 Physikalische und chemische Eigenschaften der Stärke 4.2 Auswahl der Stärkeart 4.3 Herstellung der Modellverschmutzungen 4.4 Auftrag der Modellverschmutzungen 5 Parametrierung des Abtragmodells 5.1 Kanalreinigungsversuchsstand 5.2 Optische Wechselwirkungen bei Quell- und Abtragsprozessen 5.2.1 Problematik 5.2.2 Ersatzexperimente 5.2.3 Korrektur der Wechselwirkungen 5.3 Parameterstudie 5.3.1 Versuchsplanung 5.3.2 Versuchsdurchführung 5.4 Modellparametrierung 5.4.1 Durchführung 5.4.2 Parameterauswertung 5.5 Modellvalidierung 5.6 Reinigungsversuche mit Vorquellung 6 Validierung des Prozessmodells zur Strahlreinigung 6.1 Strahlreinigungsversuchsstand 6.2 Übertragung der Ergebnisse 6.2.1 Optische Korrekturen 6.2.2 Strömungsverhältnisse 6.3 Parameterstudie 6.3.1 Versuchsplanung 6.3.2 Versuchsdurchführung 6.4 Modellvalidierung 6.4.1 Variation des Düsendurchmessers 6.4.2 Variation des Düsendrucks 6.4.3 Variation des Düsenabstands 6.4.4 Variation der Ausgangsverschmutzungsmenge 7 Einschätzung der Validität des Prozessmodells 8 Ansatzpunkte zur Modellverbesserung 9 Zusammenfassung und Ausblick Eidesstattliche Erklärung Thesen Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis / The aim of this study was to make a statement on the validity of a process model for jet cleaning using two starch soils. For this purpose the measurement data acquisition and analysis were corrected with respect to optical interactions between swelling and cleaning processes of the starch soil. A detailed parameter study was carried out in a planar channel flow for the parametrization of a soiling specific removal model of swellable soil deposits for the viewed waxy maize starch and maize starch. The model parameters determined were then examined to soil and flow dependencies and following adapted to the processes involved in jet cleaning. Another parameter study with varying operating parameters of the jet cleaning allowed the comparison of the analytical cleaning model and numerical cleaning simulation with the experiment data.:Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Grundlagen der Reinigung 2.1.1 Verschmutzung und ihre Versagensarten 2.1.2 Einteilung und Verfahrensparameter der Reinigung 2.1.3 Physikalische Vorgänge bei der Strahlreinigung 2.1.4 Klassifizierung und Reinigungsverhalten von Verschmutzungen 2.2 Detektion des Reinigungsverlaufs 2.2.1 Physikalischer Effekt der Photolumineszenz 2.2.2 Praktische Anwendung der Photolumineszenz zur Reinigungsdetektion 2.3 Aktueller Stand des Prozessmodells 2.3.1 Grundaufbau des Prozessmodells 2.3.2 Modellierung der Fluidströmung 2.3.3 Modellierung und Parametrierung des Verschmutzungsabtrags 2.3.4 Validierung des Prozessmodells 3 Zielsetzung und Lösungsweg 4 Modellverschmutzungen 4.1 Physikalische und chemische Eigenschaften der Stärke 4.2 Auswahl der Stärkeart 4.3 Herstellung der Modellverschmutzungen 4.4 Auftrag der Modellverschmutzungen 5 Parametrierung des Abtragmodells 5.1 Kanalreinigungsversuchsstand 5.2 Optische Wechselwirkungen bei Quell- und Abtragsprozessen 5.2.1 Problematik 5.2.2 Ersatzexperimente 5.2.3 Korrektur der Wechselwirkungen 5.3 Parameterstudie 5.3.1 Versuchsplanung 5.3.2 Versuchsdurchführung 5.4 Modellparametrierung 5.4.1 Durchführung 5.4.2 Parameterauswertung 5.5 Modellvalidierung 5.6 Reinigungsversuche mit Vorquellung 6 Validierung des Prozessmodells zur Strahlreinigung 6.1 Strahlreinigungsversuchsstand 6.2 Übertragung der Ergebnisse 6.2.1 Optische Korrekturen 6.2.2 Strömungsverhältnisse 6.3 Parameterstudie 6.3.1 Versuchsplanung 6.3.2 Versuchsdurchführung 6.4 Modellvalidierung 6.4.1 Variation des Düsendurchmessers 6.4.2 Variation des Düsendrucks 6.4.3 Variation des Düsenabstands 6.4.4 Variation der Ausgangsverschmutzungsmenge 7 Einschätzung der Validität des Prozessmodells 8 Ansatzpunkte zur Modellverbesserung 9 Zusammenfassung und Ausblick Eidesstattliche Erklärung Thesen Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis

Um die Sicherheit von Lebensmitteln zu garantieren und die Gesundheit des Verbrauchers zu schützen existieren strenge Vorschriften bezüglich der Hygiene an die Lebensmittelindustrie. Daher handelt es sich bei der Reinigung um einen kritischen Prozessschritt in der Lebensmittelindustrie. Die bei der Reinigung ablaufenden Wirkmechanismen zwischen Reinigungsflüssigkeit und Verschmutzung sind noch nicht vollständig verstanden. Innerhalb der Arbeit wird der Quellungsprozess spezieller Modellverschmutzungen charakterisiert und mithilfe eines entwickelten Versuchsstandes dessen Auswirkung auf die wirkenden Bindungskräfte bestimmt. Zudem wird eine Anleitung erstellt welche der Industrie einfache Methoden für eine solche Verschmutzungscharakterisierung aufzeigt.:Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Grundlagen der Reinigung 2.2 Einfluss der Bindungskräfte 2.3 Versuchsaufbau zur Bestimmung der Bindungskräfte 2.3.1 Versuchsprinzip nach LIU et al. 2.3.2 Provisorischer Bindungskraftversuchsaufbau 2.3.3 Bindungskraftversuchsaufbau 2.3.4 Differentiation der wirkenden Kräfte bei Verschmutzungsabzug 3 Zielsetzung und Lösungsweg 4 Modellverschmutzungen 4.1 Vaselineverschmutzung 4.1.1 Allgemeines 4.1.2 Chemischer Aufbau und physikalische Eigenschaften der Vaseline 4.1.3 Reproduzierbare Herstellung der Vaselineverschmutzung 4.2 Stärkeverschmutzung 4.2.1 Allgemeines 4.2.2 Chemischer Aufbau und physikalische Eigenschaften der Stärke 4.2.3 Reproduzierbare Herstellung der Stärkeverschmutzung 5 Quellverhalten der Modellverschmutzungen 5.1 Zielsetzung und Vorbetrachtung 5.2 Validierung der Umgebungseinflüsse mittels Vaseline 5.3 Gravimetrische Betrachtung der Stärkequellung 5.3.1 Versuchsdurchführung 5.3.2 Messergebnisse 5.3.3 Erstellung eines Prozessmodells 5.4 Optische Vermessung der Phasengrenze der Stärke 5.4.1 Versuchsdurchführung 5.4.2 Messergebnisse 5.4.3 Erstellung eines Prozessmodells 6 Einflüsse verschiedener Parameter auf Bindungskräfte 6.1 Versuchsplanung 6.2 Vaselineverschmutzung 6.2.1 Auswertung des Versuchsplans 6.2.2 Einfluss des Flächenverschmutzungsgewichts 6.2.3 Einfluss des Rakelspalts 6.2.4 Einfluss der Rakelgeschwindigkeit 6.2.5 Einfluss der Temperatur 6.2.6 Einfluss des Reinigungsmediums 6.3 Stärkeverschmutzung 6.3.1 Auswertung des Versuchsplans 6.3.2 Einfluss des Flächenverschmutzungsgewichts 6.3.3 Einfluss der Quelldauer 6.3.4 Einfluss des Rakelspalts 6.3.5 Einfluss der Rakelgeschwindigkeit 6.3.6 Einfluss des rheologischen Verhaltens 6.3.7 Einfluss des Quellmediums 7 Kombination der Erkenntnisse aus Bindungskraftversuchen und Quellverhalten 7.1 Differentiation der wirkenden Kräfte bei Abzug der Modellverschmutzungen 7.1.1 Vorbetrachtung 7.1.2 Vaselineverschmutzung 7.1.3 Stärkeverschmutzung 7.2 Einfluss der Konzentration der Stärkeverschmutzung 8 Industrienahe Verschmutzungscharakterisierung 8.1 Vereinfachter Versuchsaufbau 8.1.1 Konstruktive Umsetzung 8.1.2 Bestimmung der Versagensart weiterer Verschmutzungen 8.2 Anleitung zur Verschmutzungscharakterisierung 9 Zusammenfassung 10 Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis

Die Qualitätslenkung von Reinigungsprozessen erfordert die systematische Erfassung von Eingangs-, Prozess- und Ausgangsgrößen, für die nur teilweise Sensoren zur automatischen Messung verfügbar sind. Da die Eingangsgrößen (Verschmutzungszustand) nicht vollständig inline messbar sind und die Wirkung von Restschmutz auf den Folgeprozess – als Grundlage der Grenzwertfestlegung – nicht vollständig bekannt ist, müssen Vor- und Folgeprozesse in die Datenerfassung einbezogen werden. In diesem Vortrag erläutert Dipl.-Ing. Markus Windisch (Teamleiter Bauteilreinigung des Fraunhofer IVV Dresden) die Entwicklung einer Systemlösung zur Prozessdatenerfassung, zeigt dabei branchenspezifische Herausforderungen und den Praxisnutzen beim Einsatz auf und gibt einen Ausblick auf eine zukünftige Integration von selbstlernenden Assistenzsystemen.

Psychische Ursachen und Effekte körperlicher Reinigung waren lange Zeit nur ein Randthema psychologischer Forschung. Inspiriert durch die in vielen Religionen und Medien häufig thematisierte metaphorische Verbindung zwischen körperlicher und moralischer Reinheit konnte in den letzten Jahren substantielle empirisch Evidenz für einen tatsächlichen psychologischen Mechanismus gefunden werden. Dabei zeigte sich auch, dass körperliche Reinigung über die Domäne moralischer Selbstbilder und Urteile hinaus bedeutsame Effekte auf psychische Funktionen haben kann. Die vorliegende Arbeit stellt die Entwicklung und den aktuellen Stand dieser Forschungslinie dar. Insbesondere beinhaltet sie fünf empirische Studien, die verschiedene Facetten körperlicher Reinheit mit Blick auf psychische Funktionen untersuchen. In Studie 1 wird erstmalig demonstriert, dass Händewaschen nach einem Misserfolgserlebnis in einer kognitiven Problemlöseaufgabe den Optimismus, zukünftig eine bessere Leistung zeigen zu können, signifikant steigerte, dabei jedoch die tatsächliche spätere Leistung reduzierte. In Studie 2 wird vor dem Hintergrund unterschiedlicher theoretischer Annahmen über die Wirkung von körperlicher Reinigung gezeigt, dass Händewaschen die Tendenz verstärkter stereotyper moralischer Urteile abschwächt und gleichzeitig die Herunterregulierung physiologischer Erregung begünstigt. Dabei wird erstmalig eine Blickbewegungs- und Pupillometrie-Messung im Forschungsfeld durchgeführt, um objektive Indikatoren für Informationsaufnahmeprozesse und physiologische Erregung zu nutzen. In Studie 3 wird demonstriert, wie ausgehend von der Annahme einer modulierten Gewichtung kognitiver Information durch Händewaschen dieses die Gedächtnisleistung für moralische und unmoralische Inhalte zugunsten letzterer verändert. Studie 4 untersucht, wie die aktive Reinigung der Hände sowie die bloße Aktivierung von Reinheitskognitionen die eingeschätzte Wahrscheinlichkeit für zukünftige moralische und unmoralische Handlungen beeinflusst. Schließlich untersucht Studie 5 die potentielle Interaktion zweier haptischer Informationseinflüsse, indem Händereinigen und Gewichtsempfindungen kombiniert werden. Die Ergebnisse der Studien liefern eine Vielzahl neuer Befunde, die einem besseren Verständnis psychologischer Effekte körperlicher Reinheit dienen und insbesondere mit Blick auf das konzeptionelle Rahmenmodell der Embodied Cognition wichtige Erkenntnisse liefern.

Xylanase was purified from the crude culture of Aspergillus oryzae DSM1863 by sephadex G200 and DEAE – cellulose ion exchange chromatography. The molecular mass of the purified xylanase determined by SDS–PAGE was 21 kDa with a specific activity of 6768 U/mg towards 1% (w/v) of birch wood xylan. The optimum temperature was observed at 60°C. The enzyme was thermostable in the temperature range of 37-50°C with a high residual activity of 62-74% (650.6- 775.9 U/mg protein). / Enzyme xylanase được tinh sạch từ dịch lên men của chủng Aspergillus oryzae DSM1863 sau khi qua cột sắc ký lọc gel sephadex G200 và sắc ký trao đổi ion DEAE – cellulose. Khối lượng phân tử của enzyme xylanase tinh sạch được xác định bằng điên di đồ SDS- PAGE. Xylanase tinh sạch có kích thước là 21 kDa với hoạt tính đặc hiệu đạt 6768 U/mg sau khi được xác định với nồng độ cơ chất là 1% birch wood xylan. Nhiệt độ tối ưu để enzyme hoạt động mạnh nhất là 60°C. Enzyme xylanase khá bền nhiệt. Hoạt tính của enzyme vẫn còn duy trì 62-74% (hoạt tính đặc hiệu đạt 650.6-775.9 U/mg protein) sau khi 8 giờ ủ ở 37-50°C.

Enzyme haben sich in vielen Industriezweigen zu wichtigen Werkzeugen entwickelt und könnten in Zukunft besonders aufgrund der Transformation der chemischen Industrie hin zu klimaneutralen und nachhaltigen Prozessen an Bedeutung gewinnen. Für einen flächendeckenden Einsatz fehlt es jedoch an kosteneffizienten und effektiven Reinigungsmethoden, da vor allem das Downstream Processing einen bedeutenden Anteil an den Herstellungskosten haben kann. In den vergangenen Jahren wurden eine Vielzahl neuer Verfahren etabliert, um kostenintensive, chromatografische Schritte im Downstream Processing zu ersetzen. Eine vielversprechende, jedoch wenig beachtete Technik für die Enzymreinigung ist die Schaumfraktionierung. Diese Methode beruht auf der Bildung stabiler Schaumblasen, die durch die Adsorption oberflächenaktiver Moleküle an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche von Luftblasen entstehen. Dadurch können Moleküle im Schaum angereichert und gereinigt werden. Die Schaumfraktionierung zeichnet sich durch milde Betriebsbedingungen, geringe Betriebskosten und einen einfachen apparativen Aufbau aus. Ihr Einsatz wird jedoch durch die Verwendung von Tensiden zur Schaumerzeugung und -stabilisierung sowie die potenzielle Denaturierung und Inaktivierung von Enzymen an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche und die Unspezifität der Methode verhindert. Fusionsproteine, abgeleitet von natürlichen oberflächenaktiven Proteinen wie (bakteriellen) Hydrophobinen, könnten aufgrund ihrer spezifischen Wechselwirkungen mit der Luft-Wasser-Grenzfläche Tenside als Schaumbildner ersetzen und eine Generalisierung der Methode ermöglichen. Vor diesem Hintergrund war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, Fusionsproteine zu identifizieren, die eine tensidfreie, aktivitätserhaltende Schaumfraktionierung von Enzymen ermöglichen. Die Identifikation potenzieller struktureller Determinanten der Fusionsproteine, die die Aufrechterhaltung der Aktivität und die Anreicherung im Schaum bedingen, bilden eine wichtige Grundlage für künftige Untersuchungen und die Etablierung dieser Methode. Die Fusion des oberflächenaktiven Proteins Ranaspumin-2 (Rsn-2) mit dem Modellenzym β-Lactamase (Bla) resultierte in einem Fusionsprotein, das im Gegensatz zum nativen Enzym die Fähigkeit besaß, einen stabilen Schaum zu erzeugen. In Zerschäumungsversuchen konnte mit dem generierten Fusionsprotein eine tensidfreie Anreicherung in der Schaumfraktion erreicht werden. Des Weiteren gewährleistete die Fusion mit Rsn-2 einen Aktivitätserhalt während der Zerschäumung, wodurch Bla-Rsn-2 ~70% seiner Aktivität beibehielt. Vergleichende Untersuchungen mit einer Penicillin-G-Acylase (PGA) und einer Formiatdehydrogenase (RjFDH) bestätigten nicht nur die Ergebnisse, sondern außerdem die Generalisierbarkeit der Methode. Diese Untersuchungen zeigten jedoch auch den Einfluss der Enzyme auf die Schaumstabilität, sowie einen möglichen Einfluss der Fusion auf die Enzymaktivität. Zusammenfassend zeigten die Ergebnisse erstmals, dass ein Fusions-Tag (F-Tag) basierend auf einem oberflächenaktiven Protein ein veritables Mittel für eine gezielte Schaumfraktionierung von Enzymen sein könnte. Basierend auf diesen Untersuchungen wurden eine Vielzahl natürlicher, schaumstabilisierender Proteine als F-Tags in Zerschäumungsexperimenten untersucht. In diesen wurden alle Fusionsproteine mit variierender Ausbeute im Schaum angereichert und die F-Tags waren in der Lage, die Aktivität der fusionierten Enzyme in unterschiedlichem Ausmaß zu erhalten. Strukturmodell der Fusionsproteine in silico deuteten darauf hin, dass für eine optimale Aktivitätserhaltung vor allem ein großer Abstand zwischen den beiden Proteindomänen erforderlich war. Die Einführung einer künstlichen helikalen Linker-Domäne zwischen Enzym und F-Tag bestätigte diese Hypothese. Interessanterweise war der eingeführte kurze Linker R1 als F-Tag in der Lage, Enzyme aktivitätserhaltend und mit hoher Ausbeute im Schaum anzureichern. In darauffolgenden Schaumfraktionierungsexperimenten wurde versucht eine künstliche Verunreinigung (Grün fluoreszierendes Protein, eGFP) mithilfe der zuvor identifizierten drei besten F-Tags von den Fusionsenzymen abzutrennen. Die Ergebnisse zeigten, dass für eine nahezu vollständige Abtrennung der Verunreinigung ein komplexes Zusammenspiel aus Säulengeometrie, Prozessparametern und Zusammensetzung der Ausgangslösung notwendig war. Die Reinheit der Schaumfraktion wurde vor allem durch die Stabilität der erzeugten Schäume und der Drainage der interstitiellen Flüssigkeit bestimmt. Der Einsatz von Waschpuffer half dabei, die im Schaum eingeschlossene Ausgangslösung auszuspülen und die Reinheit der Schaumfraktion zu steigern. Die Anteile der Fusionsproteine im Schaum sowie deren Restaktivität wurde maßgeblich durch die spezifischen Wechselwirkungen der F-Tags mit der Grenzfläche bestimmt. Schlussendlich konnten aus den Untersuchungen jedoch keine spezifischen strukturellen Determinanten abgeleitet werden, die die Anreicherung der F-Tags im Schaum beeinflussten. Erstaunlicherweise zeigte der kleine Linker R1 unabhängig vom untersuchten Enzym in der Schaumfraktionierung die besten Schaumausbeuten und eine Reinheit von bis zu 96 %, während er in allen Experimenten eine Restaktivität der Enzyme von mindestens 80% gewährleisten konnte. Zusammenfassend wurden Proteine mit inhärent schaumstabilisierenden Eigenschaften identifiziert, die die aktivitätserhaltende Rückgewinnung und Reinigung von Enzymen durch die Schaumfraktionierung ermöglichten. Es wurden Eigenschaften der Fusionsproteine, mögliche Wechselwirkungen und Prozessparameter identifiziert, die die Schaumfraktionierung und den Aktivitätserhalt von F-Tag-Fusionsproteinen maßgeblich beeinflussten. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit verdeutlichen das vielversprechende Potenzial der F-Tags bei der Etablierung einer tensidfreien, aktivitätserhaltenden Schaumfraktionierung als effiziente Methode für die Aufarbeitung von Enzymen im Downstream Processing und bilden eine Grundlage für das Verständnis und die notwendigen Weiterentwicklungen der etablierten Methode.

Ever since their discovery in 1991, carbon nanotubes are of great interest to the scientific community due to their outstanding optical, mechanical and electrical properties. Considering their impressive properties, as for instance the high current carrying capability and the possibility of ballistic charge transport, carbon nanotubes are a desired channel material in field-effect transistors, especially with respect to high frequency communication electronics. Thus, many scientific studies on CNT-based field-effect transistors have been published so far. But despite the successful verification of excellent individual electric key values, corresponding experiments are mostly performed under synthetic conditions (considering e.g. temperature or gas atmosphere), which are not realizable during realistic application scenarios. Furthermore, technologically relevant factors like homogeneity, reproducibility and yield of functioning devices are often subordinated to the achievement of a single electric record value. Hence, this work focuses on the development of a fabrication technology for carbon nanotube field-effect transistors, that takes those factors into account. Thereby, this work expands the state of the art by introduction and statistical assessment of two cleaning processes: a) wet chemical removal of surfactant residues (sodium dodecylsulfate) from CNTs, integrated using the dielectrophoretic approach, by investigation and comparison of four procedures (de-ionized water, HNO3, oDCB, Ethanol); b) the reduction of process-related substrate contaminations by application of an oxygen plasma. Beyond that, the passivation of the final, working devices is developed further, as their typical definition as diffusion barrier is expanded by the reduction of parasitic capacitances in the transistor. In this context, two so far barely considered materials, hydrogen silsesquioxane and Xdi-dcs, a polymer mixture of poly(vinylphenol) and polymethylsilsesquioxane, are investigated and assessed. The novelty of the Xdi-dcs mixture causes the necessity of fundamental considerations on controllable etching procedures and resulting adaptions of the technological fabrication sequence.:Bibliographic description 3 List of abbreviations 10 List of symbols 10 1 Introduction 13 2 Basics of carbon nanotubes 15 2.1 Structural fundamentals 15 2.1.1 Hybridization of carbon 15 2.1.2 Structure of carbon nanotubes 17 2.2 Electronic properties 19 2.2.1 Band structure of graphene 19 2.2.2 Band structure of carbon nanotubes 20 2.2.3 Electronic transport in CNTs 22 2.3 Procedures for CNT integration 23 2.3.1 Growth by chemical vapor deposition 24 2.3.2 Transfer techniques 24 2.3.3 Dispersion-related integration procedures 25 2.4 Interaction of CNT and surfactant 28 3 Basics of CNT field-effect transistors 31 3.1 Principle of operation of conventional FETs 31 3.2 Distinctive features of CNT-based FETs 32 3.2.1 Metal - semiconductor contact 33 3.2.2 Linearity 38 3.3 Performance determining factors 41 3.3.1 Device architecture 41 3.3.2 Contact geometry 46 3.3.3 Other transistor dimensions 48 3.3.4 CNT-related characteristics 49 3.4 Hysteresis in transfer characteristics 51 3.4.1 Definition of hysteresis 51 3.4.2 Origins of hysteresis 52 3.4.3 Appearance of hysteresis 53 3.5 Passivation 56 3.5.1 Requirements 56 3.5.2 Importance of pre-treatments and process conditions 57 3.5.3 Overview of established passivation materials 58 4 Experimental work 63 4.1 Transistor design 63 4.2 Technology flow 66 4.3 Experimental procedures 71 4.3.1 Procedures for dissolution of SDS 71 4.3.2 Plasma treatment against surface contaminations 72 4.3.3 Evaluation of diffusion barriers 72 4.4 Instrumentation and characterization 74 4.4.1 Dielectrophoresis instrumentation 74 4.4.2 Topographical Characterization 74 4.4.3 Chemical characterization 75 4.4.4 Electrical characterization 76 5 Reduction of hysteresis 77 5.1 Removal of surfactant molecules from CNTs 77 5.1.1 Influence on molecule and CNT chemistry 78 5.1.2 Effect on transistor performance 80 5.2 Plasma-assisted removal of substrate contaminations 87 5.2.1 Influence on substrate surface 88 5.2.2 Effect on transistor performance 92 6 Passivation 97 6.1 Protection against environmental effects 97 6.1.1 Alterability of unpassivated CNT-FETs 98 6.1.2 Effects of O2 exclusion by dense passivation 99 6.1.3 Intentional doping using Y2O3 101 6.2 Passivation considering electrostatic aspects 106 6.2.1 Integration of Xdi-dcs as novel passivation 107 6.2.2 Comparison of two spin-coated dielectrics 111 6.3 Potential of double-layer approaches 113 6.3.1 Evaluation of the gas barrier performance 113 6.3.2 Influence on the transistor behavior 116 7 Summary and Outlook 121 Danksagung 127 Appendix 129 Bibliography 137 List of figures 156 List of tables 161 Selbstständigkeitserklärung 163 8 Thesen 165 9 Curriculum vitae 169 / Bereits seit ihrer Entdeckung 1991 sind Kohlenstoffnanoröhren, aufgrund ihrer herausragenden optischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften, für die wissenschaftliche Community von großem Interesse. Ihre Verwendung als Kanalmaterial in Feld-Effekt Transistoren ist in Anbetracht ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften, wie z. B. die hohe Stromtragfähigkeit, sowie die Möglichkeit des ballistischen Transports von Ladungsträgern besonders für die hochfrequente Kommunikationselektronik erstrebenswert. Dementsprechend viele wissenschaftliche Arbeiten befassen sich mit der Erforschung von auf Kohlenstoffnanoröhren basierenden Transistoren. Doch trotz des erfolgreichen Nachweises ausgezeichneter Werte für viele individuelle elektrische Kenngrößen, finden entsprechenden Experimente zumeist unter anwendungsfernen Bedingungen bezüglich Temperatur bzw. Gasatmosphäre statt. Darüber hinaus werden dem Erreichen eines elektrischen Rekordwertes oft technologisch relevante Größen wie Homogenität, Reproduzierbarkeit und Ausbeute an funktionsfähigen Bauteilen untergeordnet. Der Fokus dieser Arbeit liegt daher auf der Erarbeitung einer Technologie zur Herstellung Kohlenstoffnanoröhrenbasierter Feld-Effekt Transistoren, unter Berücksichtigung dieser Aspekte. Dabei erweitert diese Arbeit den Stand der Technik durch die Einführung und statistische Beurteilung zweier Reinigungsprozesse: a) der nasschemischen Beseitigung von Tensidresten (Natriumdodecylsulfat) an mittels Dielektrophorese integrierten CNTs, wobei insgesamt vier Prozeduren (de-ionisiertes Wasser, HNO3, oDCB, Ethanol) betrachtet und miteinander verglichen wurden; b) der Beseitigung von prozessbedingten Substratkontaminationen durch ein Sauerstoffplasma. Darüber hinaus wird die Passivierung der funktionsfähigen Bauelemente weiterentwickelt, indem ihre typische Definition als Diffusionsbarriere um den Aspekt der Verringerung parasitärer Kapazitäten im Transistor erweitert wird. In diesem Zusammenhang werden mit Wasserstoff-Silsesquioxane und Xdi-dcs, einem Polymergemisch aus Poly(vinylphenol) und Polymethylsilsesquioxane, zwei bislang wenig beachtete Materialien, untersucht und bewertet. Die Neuheit des Xdi-dcs Gemisches macht dabei fundamentale Untersuchungen zur Strukturierbarkeit und entsprechende technologische Anpassungen im Gesamtablauf nötig.:Bibliographic description 3 List of abbreviations 10 List of symbols 10 1 Introduction 13 2 Basics of carbon nanotubes 15 2.1 Structural fundamentals 15 2.1.1 Hybridization of carbon 15 2.1.2 Structure of carbon nanotubes 17 2.2 Electronic properties 19 2.2.1 Band structure of graphene 19 2.2.2 Band structure of carbon nanotubes 20 2.2.3 Electronic transport in CNTs 22 2.3 Procedures for CNT integration 23 2.3.1 Growth by chemical vapor deposition 24 2.3.2 Transfer techniques 24 2.3.3 Dispersion-related integration procedures 25 2.4 Interaction of CNT and surfactant 28 3 Basics of CNT field-effect transistors 31 3.1 Principle of operation of conventional FETs 31 3.2 Distinctive features of CNT-based FETs 32 3.2.1 Metal - semiconductor contact 33 3.2.2 Linearity 38 3.3 Performance determining factors 41 3.3.1 Device architecture 41 3.3.2 Contact geometry 46 3.3.3 Other transistor dimensions 48 3.3.4 CNT-related characteristics 49 3.4 Hysteresis in transfer characteristics 51 3.4.1 Definition of hysteresis 51 3.4.2 Origins of hysteresis 52 3.4.3 Appearance of hysteresis 53 3.5 Passivation 56 3.5.1 Requirements 56 3.5.2 Importance of pre-treatments and process conditions 57 3.5.3 Overview of established passivation materials 58 4 Experimental work 63 4.1 Transistor design 63 4.2 Technology flow 66 4.3 Experimental procedures 71 4.3.1 Procedures for dissolution of SDS 71 4.3.2 Plasma treatment against surface contaminations 72 4.3.3 Evaluation of diffusion barriers 72 4.4 Instrumentation and characterization 74 4.4.1 Dielectrophoresis instrumentation 74 4.4.2 Topographical Characterization 74 4.4.3 Chemical characterization 75 4.4.4 Electrical characterization 76 5 Reduction of hysteresis 77 5.1 Removal of surfactant molecules from CNTs 77 5.1.1 Influence on molecule and CNT chemistry 78 5.1.2 Effect on transistor performance 80 5.2 Plasma-assisted removal of substrate contaminations 87 5.2.1 Influence on substrate surface 88 5.2.2 Effect on transistor performance 92 6 Passivation 97 6.1 Protection against environmental effects 97 6.1.1 Alterability of unpassivated CNT-FETs 98 6.1.2 Effects of O2 exclusion by dense passivation 99 6.1.3 Intentional doping using Y2O3 101 6.2 Passivation considering electrostatic aspects 106 6.2.1 Integration of Xdi-dcs as novel passivation 107 6.2.2 Comparison of two spin-coated dielectrics 111 6.3 Potential of double-layer approaches 113 6.3.1 Evaluation of the gas barrier performance 113 6.3.2 Influence on the transistor behavior 116 7 Summary and Outlook 121 Danksagung 127 Appendix 129 Bibliography 137 List of figures 156 List of tables 161 Selbstständigkeitserklärung 163 8 Thesen 165 9 Curriculum vitae 169