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Kurse - Sekundarstufe II

Für die anspruchsvollen Experimente der Oberstufe sollte die Lehrkraft vor der Anmeldung eines Schülerpraktikums die entsprechende Fortbildung besucht haben, da sie in die Experimente mit einbezogen wird. Hier erhalten Sie die notwendigen Hinweise für die erforderliche theoretische Vorbereitung der Schüler im Unterricht. Bitte geben Sie bei der Kursreservierung den Termin der besuchten Fortbildung an.


Es ist das wohl bekannteste Schmerzmittel überhaupt. Wir stellen Aspirin her, überprüfen die Ausbeute der Syn­these, bestimmen den Schmelzpunkt und überprüfen die Reinheit mittels Dünnschicht- und Gaschromatographie.

Der Wirkstoff des Arzneimittels Aspirin® ist die Acetylsalicylsäure. Sie nimmt somit eine zentrale Rolle unter den Schmerzmitteln ein. Um ein besseres Verständnis für den Erfolgszug des Aspirins zu erlangen, beginnen wir unseren Workshop mit einem Ausflug in die „Geburtsstunde“ der Acetylsalicylsäure. Dabei erfahren wir wichtige theoretische Grundlagen für die Synthese und Wirkungsweise des Arzneistoffs. Mit diesen Informationen gerüstet begeben wir uns im praktischen Teil des Kurses in die Situation eines pharmazeutischen Forschungsunternehmens.

Synthese der Acetylsalicylsäure
Die im ersten Praktikumsteil durchgeführte Synthese der Acetylsalicylsäure beruht auf einer Veresterungsreaktion. Die Kursteilnehmer erlernen den Umgang mit einer Destillationsapparatur und führen die Synthese weitgehend eigenständig durch.

Prüfung des Reinheitsgrads
Im zweiten Teil des Workshops erfolgt die Analyse des zuvor hergestellten Syntheseprodukts. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Reinheitsprüfung. Zuerst bestimmen wir die Löslichkeit in verschiedenen Lösungsmitteln und ermitteln den Schmelzpunkt des getrockneten Produktes. Anschließend wird das Syntheseprodukt durch Dünnschicht- und Gaschromatographie untersucht. Durch Vergleich der beiden Chromatographiearten wird der Unterschied zwischen einem qualitativen und quantitativen Nachweis deutlich und die Kursteilnehmer können die Zusammensetzung des von ihnen synthetisierten Produktes bestimmen. Abschließend wird die theoretisch mögliche Produktmenge berechnet und mit der tatsächlich synthetisierten Stoffmenge verglichen. Gemeinsam werden Gründe für eventuelle Mengendifferenzen erarbeitet.

Der Wirkstoff des Arzneimittels Aspirin® ist die Acetylsalicylsäure (ASS), eines der bekanntesten Schmerzmittel überhaupt. Die Schüler erfahren zunächst wichtige theoretische Grundlagen der Synthese und stellen danach ASS selbst her. Sie überprüfen die Ausbeute der Synthese, bestimmen den Schmelzpunkt und überprüfen die Reinheit mittels Dünnschicht- und Gaschromatographie. Dadurch lernen die Schüler analytische Methoden kennen, wie sie in einem pharmazeutischen Herstellerbetrieb eingesetzt werden.

Synthese:
Die Synthese der ASS aus Salicylsäure und Essigsäureanhydrid beruht auf einer Veresterungsreaktion. Die Kursteilnehmer erlernen den Umgang mit einem Rückflusskühler und führen die Synthese weitgehend eigenständig durch.

Reinheitsprüfung und Ausbeute:
Zuerst bestimmen die Schüler die Löslichkeit in verschiedenen Lösungsmitteln und ermitteln den Schmelzpunkt des getrockneten Produktes. Das Prinzip der Chromatographie wird durch die Analyse der Proben nach dünnschicht- und gaschromatographischen Verfahren gezeigt. Den Schülern ist der Unterschied zwischen einem qualitativen und quantitativen Nachweis klar. Außerdem wird die theoretisch mögliche Produktmenge berechnet und durch das Verhältnis zur tatsächlich synthetisierten Stoffmenge die Ausbeute berechnet. 


Folgende Begriffe sollten im Vorfeld (wenn möglich mit Beispielen) besprochen werden:

  • Carbonsäuren; insbesondere Salicylsäure, Essigsäure, Acetylsalicylsäure
  • Ester/Veresterung
  • Löslichkeit
  • Schmelzpunkt
  • Synthese/Analyse
  • Chromatographie (Dünnschicht-, Gas-); stationäre/mobile Phase; Retentionsfaktor
Allgemeine Kursinformationen 
Kursdauer 6,5 Stunden
Ort Robert Mayer Labor
Start Buchbar bis einschließlich 21.07.17; Beginn 10 Uhr
Teilnehmerzahl max. 24 Teilnehmer
Kosten 6,00 Euro Materialkosten pro Teilnehmer, mindestens 80,00 Euro. Sollte die Kursgebühr aufgrund geringer Teilnehmerzahlen unter den Mindestbetrag fallen, so wird der Mindestbetrag erhoben. Inklusive Besuch der Ausstellung im Anschluss. Zwei Begleitpersonen haben freien Eintritt.

Die Atomphysik – nicht zu verwechseln mit der Kernphysik – befasst sich mit dem Aufbau der Atomhüllen und deren Wechselwirkungen sowohl untereinander als auch mit elektromagnetischen Feldern.

Dieses Teilgebiet der Physik wurde im 20. Jahrhundert eingeführt, als sich abzeichnete, dass die klassische Physik zur Erklärung zahlreicher Phänomene nicht mehr ausreicht. Als Beispiel seien hier die optischen Spektren genannt, die sich mit abgestuften Energieniveaus von Elektronen in der Atomhülle erklären lassen.

Inhalte des Kurses sind klassische und moderne Experimente zur Atom-und Quantenphysik. Dazu gehören: 
  • Millikan-Versuch und Franck-Hertz-Versuch
  • Balmer-Serie der Wasserstoffentladung
  • Doppelspaltexperiment mit Laser und Einzelphotonen
  • e/m; spezifische Ladung des Elektrons
  • Nachweis des Compton-Effekts mit dem Röntgengerät
  • Graphitoberfläche mit dem Rastertunnelmikroskop betrachtet
  • Werkstoffbestimmung mit Röntgenfluoreszenzanalyse
  • Selbstbau eines Stickstoff-Lasers.
  • h-Bestimmung mit verschiedenfarbigen LEDs
  • h-Bestimmung mit dem fotoelektrischen Effekt
Lernvoraussetzungen // Vorbereitungen
  • Atomaufbau mit Atomkern und Elektronenhülle (Bohrsches Atommodell)/li>
  • Energieniveaus eines Atoms oder Moleküls
  • Beschleunigung von Ladungen in elektrischen Feldern
  • Entstehung von Röntgenstrahlung
Allgemeine Kursinformationen 
Kursdauer 6,5 Stunden
Ort Wilhelm Maybach Labor
Start 9:15 Uhr
Teilnehmerzahl max. 26 Teilnehmer
Kosten 6,00 Euro Materialkosten pro Teilnehmer, mindestens 80,00 Euro. Sollte die Kursgebühr aufgrund geringer Teilnehmerzahlen unter den Mindestbetrag fallen, so wird der Mindestbetrag erhoben. Inklusive Besuch der Ausstellung im Anschluss. Zwei Begleitpersonen haben freien Eintritt.

Wir lernen in diesem Kurs die grundlegenden DNA Techniken kennen, ohne die heute kein molekularbiologisches Labor mehr auskommt. Eine Polymerase-Kettenreaktion findet beim genetischen Fingerabdruck ihren Einsatz und wir isolieren Plasmid-DNA aus einer Bakterienkultur.

Bisher wurden drei Methoden in der Molekularbiologie mit dem Nobelpreis belohnt. Eine davon, die Polymerase-Kettenreaktion, findet eine sehr breite Anwendung in der medizinischen Diagnostik von Erbkrankheiten bis hin zur Kriminalistik. Die PCR ermöglicht die massive Vermehrung kleinster DNA-Mengen im zellfreien System. Sie wird in der Molekularbiologie für Klonierungsexperimente und bei der DNA Analyse eingesetzt. Wir setzen die PCR im Praktikum ein, um einen Täter mittels genetischen Fingerabdrucks zu überführen.

Im zweiten Versuch untersuchen wir Plasmide. Dies sind kleine doppelsträngige DNA-Ringe, die natürlicherweise in Bakterien vorkommen und häufig Ursache für Antibiotika Resistenzen sind. Sie finden Ihren Einsatz in der Gentechnik als Werkzeuge, um fremde Gene in Zellen einzuschleusen. Wir isolieren Plasmid DNA aus Bakterienkultur und untersuchen die Größe  und Reinheit der DNA Moleküle beider Versuche durch Agarose-Gelelektrophorese. Als Erweiterung des Kurses ist noch ein anschließender Restriktionsverdau des isolierten Plasmids möglich

Allgemeine Kursinformationen 
Kursdauer 7 Stunden
Ort Robert Mayer Labor
Start 9:15 Uhr
Teilnehmerzahl max. 26 Teilnehmer
Kosten 6,00 Euro Materialkosten pro Teilnehmer, mindestens 80,00 Euro. Sollte die Kursgebühr aufgrund geringer Teilnehmerzahlen unter den Mindestbetrag fallen, so wird der Mindestbetrag erhoben. Inklusive Besuch der Ausstellung im Anschluss. Zwei Begleitpersonen haben freien Eintritt.

Wir lernen in diesem Kurs die grundlegenden molekularbiologischen Techniken kennen, die auch in der Krebsdiagnostik ihren Einsatz finden. Zum Nachweis einer Mutation im p53-Tumorsuppressor-Gen führen wir eine Polymerase-Kettenreaktion, einen Restriktionsverdau und anschließend einen Größenvergleich mithilfe der Gel-Elektrophorese durch. Zusätzlich werden wir Patientenseren mit Hilfe der Immunnachweistechnik ELISA auf das Vorhandensein des Tumormarkers p53 untersuchen.

Anhand des Tumorsuppressor-Proteins p53 („Wächter des Genoms“) beschäftigen wir uns mit den Möglichkeiten, Krebserkrankungen frühzeitig zu erkennen oder auch Krebsrisiken abzuschätzen. Das p53-Gen ist in etwa 50% aller diagnostizierten Tumorerkrankungen mutiert. Eine sehr häufig auftretende Punktmutation führt dabei zum Verlust einer Schnittstelle für das Restriktionsenzym BsaWI. Wir untersuchen im Kurs isolierte Patienten-DNA auf das Vorhandensein dieser Mutation mithilfe einer PCR mit anschließendem Restriktionsverdau sowie Dokumentation der Ergebnisse im Agarose-Gel.

Verändertes p53-Protein verliert nicht nur seine Funktionstüchtigkeit als „Kontrolleur“ im Zellzyklus, sondern kann auch zu einer Immunreaktion des Körpers führen. Im Blut vorhandene Antikörper gegen p53 können also ebenso als Nachweis einer Mutation im p53-Gen dienen und dementsprechend auch auf eine eventuell vorhandene Erkrankung hinweisen. Wir werden verschieden Patientenseren mithilfe des ELISA-Testverfahrens auf das Vorhandensein solcher Antikörper untersuchen, die fotometrische quantitative Bestimmung ermöglicht uns die Interpretation der gewonnen Daten.

Allgemeine Kursinformationen 
Kursdauer 6,5 – 7,5 Stunden
Ort Robert Mayer Labor
Start 9:15 Uhr
Teilnehmerzahl max. 26 Teilnehmer
Kosten 6,00 Euro Materialkosten pro Teilnehmer, mindestens 80,00 Euro. Sollte die Kursgebühr aufgrund geringer Teilnehmerzahlen unter den Mindestbetrag fallen, so wird der Mindestbetrag erhoben. Inklusive Besuch der Ausstellung im Anschluss. Zwei Begleitpersonen haben freien Eintritt.

Die Nanotechnologie zählt zu den Technologien der Zukunft. Die Schüler bekommen einen Einblick in die faszinierende „Welt der Zwerge“ und erleben die Nanotechnologie als interdisziplinäre Wissenschaft, die Einfluss auf unser tägliches Leben hat.

Ausgehend von einer Goldsalzverbindung stellen die Schüler durch eine Redoxreaktion Gold-Nanopartikel her. Unterschiede zwischen kolloidalen und echten Lösungen werden nachgewiesen (Tyndall-Effekt). Der durchschnittliche Radius der selbst hergestellten Gold-Nanopartikel wird photometrisch mittels Absorptionsspektroskopie gemessen. Der Einsatz von Gold-Nanopartikeln als Biosensor sowie als Katalysator ist ebenfalls Gegenstand dieses Kurses.
Allgemeine Kursinformationen 
Kursdauer 3,5 Stunden
Ort Robert Mayer Labor
Start 9:15 Uhr
Teilnehmerzahl max. 26 Teilnehmer
Kosten 5,00 Euro Materialkosten pro Teilnehmer, mindestens 80,00 Euro. Sollte die Kursgebühr aufgrund geringer Teilnehmerzahlen unter den Mindestbetrag fallen, so wird der Mindestbetrag erhoben. Inklusive Besuch der Ausstellung im Anschluss. Zwei Begleitpersonen haben freien Eintritt.

Die Optik als Teilgebiet der Physik wird auch als "Lehre vom Licht" bezeichnet und beschäftigt sich mit der Ausbreitung von Licht sowie dessen Wechselwirkung mit Materie. Etwas umfassender betrachtet, geht es dabei nicht nur um sichtbares Licht, sondern auch um elektromagnetische Strahlung im Infraroten und ultravioletten Wellenlängenbereich.

In unserem Kurs Optik bieten wir zahlreiche Experimente zur Untersuchung und zum Einsatz optischer Phänomene:
  • Bestimmung von Spannungsverläufen in belasteten Körpern mittels Spannungsoptik
  • Computertomografie mit dem Röntgengerät
  • Doppelspaltexperiment mit Laser und Einzelphotonen
  • Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in Luft und Messung, wie schnell ein elektrischer Impuls in einem Kabel unterwegs ist.
  • Michelson-Interferometer
  • Einsatz einer Wärmebildkamera
  • Computergestützte Spektroskopie
  • Licht mischen mit der Farbmischbox
  • Polarisation: Entstehung durch Wechselwirkung von Strahlung mit Materie
  • Messen mit Ultraschall: Werkstück-Untersuchung und medizinische Diagnostik
Lernvoraussetzungen // Vorbereitungen
  • Wellen- und Teilchenmodell des Lichts
  • Grundlagen der thermischen Strahlung
  • Voraussetzung für und Entstehung von Interferenz
  • Polarisation des Lichts
Allgemeine Kursinformationen 
Kursdauer 6 Stunden
Ort Wilhelm Maybach Labor
Start 9:15 Uhr
Teilnehmerzahl max. 26 Teilnehmer
Kosten 6,00 Euro Materialkosten pro Teilnehmer, mindestens 80,00 Euro. Sollte die Kursgebühr aufgrund geringer Teilnehmerzahlen unter den Mindestbetrag fallen, so wird der Mindestbetrag erhoben. Inklusive Besuch der Ausstellung im Anschluss. Zwei Begleitpersonen haben freien Eintritt.

Im Praktikum wird das Protein GFP aus Bakterienkultur isoliert. Nach der Lyse der Zellen reinigen wir GFP über eine Affinitäts-Chromatographie auf und bestimmen die Ausbeute in einem Proteinnachweis und die  Reinheit mittels Protein-Gelelektrophorese.

Der Nobelpreis in Chemie im Jahr 2008 wurde für den Einsatz des GFP (green fluorescent protein) als Reportergen in der Zellbiologie und verwandten Disziplinen vergeben. Das Gen dazu stammt aus der Hochseequalle Aequoria Victoria. Molekularbiologen haben das Gen isoliert und schleusen es als Fusionsgen in andere Zellen ein. Nach der Proteinsynthese kann man dann die grün fluoreszierenden Fusionsproteine nachweisen.

Im Praktikum wird das Protein GFP in Bakterien produziert. Wir reinigen das GFP nach der Lyse der Zellen über eine Affinitäts-Chromatographie auf. Dabei nutzen wir die hohe Affinität eines chemisch fixierten Nickelatoms für bestimmte Aminosäure-Seitenketten ähnlich dem Schlüssel-Schloss Prinzips aus. Die Ausbeute der Präparation wird in einem Proteinnachweis photometrisch durch die Bindung eines Farbstoffes an die hydrophoben Aminosäuren quantitativ bestimmt. Die  Reinheit des isolierten Proteins ermitteln wir schließlich durch Protein-Gelelektrophorese (PAGE).
Allgemeine Kursinformationen 
Kursdauer 7 Stunden
Ort Robert Mayer Labor
Start 9:15 Uhr
Teilnehmerzahl max. 26 Teilnehmer
Kosten 6,00 Euro Materialkosten pro Teilnehmer, mindestens 80,00 Euro. Sollte die Kursgebühr aufgrund geringer Teilnehmerzahlen unter den Mindestbetrag fallen, so wird der Mindestbetrag erhoben. Inklusive Besuch der Ausstellung im Anschluss. Zwei Begleitpersonen haben freien Eintritt.

Zunächst stellen die Schüler eine Maßlösung her und nutzen diese zur Durchführung von Säure-Base-Titrationen. Dabei werden Farbindikatoren, sowie pH- und Leitfähigkeitsmesszellen eingesetzt. Die Messwerterfassung und ‑auswertung erfolgt sowohl manuell als auch automatisiert. Am Computer werden Titrationskurven aufgenommen und mittels Software die Äquivalenzpunkte ermittelt (Zwei/Drei-Geraden-Methode).

Zur Analyse kommen Salzsäure, Essigsäure (in Speiseessig), Phosphorsäure (in Cola) und Weinsäure (in Rotwein und Traubensaft).

Ein Tüpfeltest veranschaulicht die Funktionsweise eines Puffers. Zum Einsatz kommen dabei u.a. selbst hergestellte Trockenei- und Backpulverlösungen.

Lernvoraussetzungen // Vorbereitungen
Die Vorbereitung in der Schule sollte folgende Begriffe beinhalten:

Obligat:
  • Stoffmenge, Konzentration, Volumen
  • Säuren und Basen (nach Brønstedt), Oxonium- und Hydroxidionen
  • Säure-Base-Reaktionen
  • pH-Wert
  • Titrationskurven, Äquivalenzpunkte, Konzentrationsberechnung
  • Ionen und Leitfähigkeit
Wünschenswert:
  • Indikatoren
  • Puffer
Allgemeine Kursinformationen 
Kursdauer 4 – 5 Stunden
Ort Robert Mayer Labor
Start 9:15 Uhr
Teilnehmerzahl max. 26 Teilnehmer
Kosten 5,00 Euro Materialkosten pro Teilnehmer, mindestens 80,00 Euro. Sollte die Kursgebühr aufgrund geringer Teilnehmerzahlen unter den Mindestbetrag fallen, so wird der Mindestbetrag erhoben. Inklusive Besuch der Ausstellung im Anschluss. Zwei Begleitpersonen haben freien Eintritt.