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OTTO-VON-GUERICKE-UNIVERSITÄT MAGDEBURG

Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik

Modulhandbuch

für den Bachelorstudiengang

Biosystemtechnik

Magdeburg, 22.04.2008

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg


Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Mathematik I Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben grundlegende mathematische Fähigkeiten zur Modellierung und Lösung ingenieurtechnischer Problemstellungen Inhalt • Mathematische Grundbegriffe • Grundlagen der Linearen Algebra • Endlich-dimensionale euklidische Räume • Differenzialrechnung für Funktionen einer und mehrerer Variablen • Koordinatentransformationen • Integralrechnung für Funktionen einer reellen Variablen • Kurvenintegrale • Numerische Aspekte der Themen, mathematische Software Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: keine Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 84 Stunden, Selbststudium: 156 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 8 CP Modulverantwortliche: Prof. Dr. V. Kaibel Prof. Dr. G. Christoph Prof. Dr. N. Gaffke Prof. Dr. E. Girlich



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Mathematik II Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben, aufbauend auf den grundlegenden mathematischen Fähigkeiten zur Modellierung und Lösung ingenieurtechnischer Problemstellungen, die Kompetenz zur Beherrschung der für die fachwissenschaftlichen Module relevanten Konzepte und Methoden aus Analysis und Linearer Algebra. Inhalt • Gewöhnliche Differenzialgleichungen • Aspekte der Mathematischen Optimierung • Weiterführende Inhalte der Linearen Algebra • Lösungsverfahren für lineare Gleichungssysteme • Integralrechnung für Funktionen mehrerer reeller Veränderlicher • Vektorfelder • Oberflächenintegrale • Integralsätze • Grundlagen partieller Differenzialgleichungen • Numerische Aspekte der Themen, mathematische Software Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 126 Stunden, Selbststudium: 204 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 180 - 11 CP Modulverantwortliche: Prof. Dr. V. Kaibel, Prof. Dr. G. Christoph, Prof. Dr. N. Gaffke, Prof. Dr. E. Girlich



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Stochastik Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben die Fähigkeit zur Beherrschung der für die fachwissenschaftlichen Module relevanten Konzepte und Methoden aus der Stochastik. Inhalt • Modellierung von Zufallsexperimenten • Zufallsgrößen und ihre Kenngrößen • Statistische Analysen Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 90 - 5 CP Modulverantwortliche: Prof. Dr. G. Christoph Prof. Dr. N. Gaffke



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Simulationstechnik Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten sind befähigt, die weit verbreitete Software MATLAB als ein grundlegendes Ingenieur-Werkzeug zu nutzen. Sie erwerben die Fertigkeit, dieses Standard- Simulationswerkzeug der Prozesstechnik für die mathematische Beschreibung industrieller Prozesse zu nutzen. Inhalt: Teil I – Einführung in die Simulation verfahrenstechnischer Systeme 1) Grundlagen zur Simulationsmethodik und resultierende Gleichungsstruktur 2) Grundlagen zu den relevanten numerischen Methoden Teil II – Einführung in MATLAB 3) Elementarmathematische Operationen, Matrizenmanipulation 4) Programmierung in MATLAB 5) Datenvisualisierung 6) Numerische Lösung nichtlinearer algebraischer Gleichungssysteme 7) Numerische Lösung nichtlinearer gewöhnlicher Differentialgleichungssysteme 8) Numerische Lösung von Differential-Algebra-Systemen 9) Symbolisches Rechnen innerhalb der (numerisch orientierten) MATLAB-Umgebung Teil III – Vertiefung anhand ausgewählter Beispiele Lehrformen: - Vorlesung - Programmierübung Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I, II Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 5 CP Modulverantwortlicher: Prof. Dr. K. Sundmacher



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Physik I Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben Sicherheit im Umgang mit den Grundlagen der Experimentalphysik (Mechanik, Wärme). Sie erwerben die Fähigkeit, induktive und deduktive Methoden zur physikalischen Erkenntnisgewinnung mittels experimenteller und mathematischer Herangehensweise zu nutzen. Die Übungen dienen der Festigung der Vorlesungsinhalte und befähigen die Studenten, Übungsaufgaben zur Experimentalphysik eigenständig zu bearbeiten. Inhalt: Vorlesung: Kinematik und Dynamik der Punktmasse und des Starren Körpers, Arbeit und Energie, Mechanik deformierbarer Medien, Ruhende und Strömende Flüssigkeiten und Gase, Thermodynamik und Gaskinetik, I. und II. Hauptsatz der Thermodynamik, Kinetische Gastheorie, Reale Gase, Phasenumwandlungen, Ausgleichsvorgänge. Übungen: Übungsaufgaben zu Physik I Hinweise und Literatur sind zu finden unter http://www.uni-magdeburg.de/iep/lehreiep.html oder http://hydra.nat.uni-magdeburg.de/ing/v.html Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: keine Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 78 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Übungsschein 4 CP Modulverantwortlicher: FNW/IEP – PD Dr. P. Streitenberger

http://www.uni-magdeburg.de/iep/lehreiep.html

http://hydra.nat.uni-magdeburg.de/ing/v.html



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Physik II Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben Sicherheit im Umgang mit den Grundlagen der Experimentalphysik (Elektromagnetismus, Optik, Atomphysik). Sie erwerben die Fähigkeit, induktive und deduktive Methoden zur physikalischen Erkenntnisgewinnung mittels experimenteller und mathematischer Herangehensweise zu nutzen. Im Praktikum wird das theoretische Wissen angewendet und auf das Messen von physikalischen Größen, die Nutzung von Messmethoden und eine angemessene Fehlerbetrachtung übertragen. Die Übungen dienen der Festigung der Vorlesungsinhalte und befähigen die Studenten, Übungsaufgaben zur Experimentalphysik eigenständig zu bearbeiten. Inhalt: Vorlesung: Gravitation, Feldbegriff, Elektrizität und Magnetismus, Elektrische Leitungsvorgänge in Stoffen, Mechanische und Elektrische Schwingungen, Allgemeine Wellenlehre, Schallwellen, Elektromagnetische Wellen, Strahlen- und Wellenoptik, Struktur der Materie, Atombau und Spektren, Grundlagen der Quantenphysik, Elektrische und Magnetische Eigenschaften von Stoffen, Atomkerne, Elementarteilchen. Praktikum: Versuche zur Mechanik, Wärmelehre, Elektrik, Optik Hinweise und Literatur sind zu finden unter http://www.uni-magdeburg.de/iep/lehreiep.html oder http://hydra.nat.uni-magdeburg.de/ing/v.html Lehrformen: - Vorlesung - Übung - Praktikum Voraussetzung für die Teilnahme: Physik 1. Semester: keine; Physik 2. Semester: Lehrveranstaltungen aus dem 1. Semester Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 70 Stunden, Selbststudium: 110 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 180

http://www.uni-magdeburg.de/iep/lehreiep.html

http://hydra.nat.uni-magdeburg.de/ing/v.html



Modulbeschreibung - Praktikumsschein - 6 CP Modulverantwortlicher: FNW/IEP – PD Dr. P. Streitenberger



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Anorganische Chemie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Ausgehend von grundlegenden Gesetzmäßigkeiten des Atombaus und der Anordnung der Elemente im Periodensystem werden die Studenten befähigt, Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten der Allgemeinen und Anorganischen Chemie im Zusammenhang zu betrachten und auf die Eigenschaften und das Reaktionsverhalten der Elemente und Verbindungen zu übertragen. Die Übungen dienen der Festigung des Vorlesungsstoffes und führen zu einem sicheren Umgang der Studenten mit mathematisch fassbaren Inhalten z. B. aus den Bereichen der Stöchiometrie und der chemischen Gleichgewichte. Im Praktikum erwerben die Studenten Fertigkeiten beim sicheren Umgang mit Gefahrstoffen und übertragen ihr theoretisches Wissen zur Chemie wässriger Lösungen anhand einfacher Nachweisreaktionen auf die Laborpraxis. Inhalt 1. Aufbau der Materie, Atomaufbau, Kernreaktionen, Radioaktivität Bohrsches Atommodell, Quantenzahlen, Orbitale (s, p, d), Pauli-Prinzip, Hund'sche Regel, Struktur der Elektronenhülle Mehrelektronensysteme, Periodensystem der Elemente Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität, Ionenbindung Atombindung (kovalente Bindung), Lewis-Formeln, Oktettregel, dative Bindung, Valenzbindungstheorie (VB), Hybridisierung, σ-Bindung, π-Bindung, Mesomerie 2. Molekülorbitaltheorie (MO-Theorie), Dipole, Elektronegativität, VSEPR-Modell, Van der Waals-Kräfte, , Ideale Gase, Zustandsdiagramme Thermodynamik chemischer Reaktionen, Reaktionsenthalpie, Standard-bildungsenthalpie, Satz von Heß, Chemisches Gleichgewicht, Massenwirkungsgesetz, Entropie, Geschwindigkeit chemischer Reaktionen (1. Ordnung), Arrhenius Gleichung, Katalyse (homogen, heterogen), Ammoniaksynthese, Synthese von Schwefeltrioxid 3. Lösungen, Elektrolyte, Löslichkeitsprodukt, Säure-Base Theorie (Arrhenius) (Bron-sted), pH-Wert, Oxidationszahlen, Oxidation, Reduktion, Redoxvorgänge -Wasserstoff (Vorkommen, Eigenschaften, Darstellung) Wasserstoffverbindungen - Edelgase (Vorkommen, Eigenschaften, Verwendung) Edelgasverbindungen - Halogene (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Verbindungen der Halogene, Chalkogen (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Verbindungen der Chalkogene 4. Sauerstoffverbindungen, Oxide, Hyperoxide, Gewinnung von Schwefel (Frasch Verfahren) Schwefelverbindungen, Schwefelsäureherstellung (techn.) 5. Elemente der 5. Hauptgruppe (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Stickstoff-Wasserstoffverbindungen, Ammoniaksynthese, Stickoxide, Salpetersäureherstellung Elemente der 4. Hauptgruppe (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Carbide, Kohlenmonoxid,



Modulbeschreibung Kohlendioxid, Carbonate, Siliziumdioxid, Herstellung von Reinstsilizium, Silikate, Gläser 6. Elemente der 3. Hauptgruppe (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) 7. Elemente der 2. Hauptgruppe (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Elemente der 1. Hauptgruppe (außer Wasserstoff) (Eigenschaften, Vorkommen, Darstellung) Praktikum: Einführung in grundlegende Labortechnik anhand von Ionenreaktionen in wässriger Lösung sowie der qualitativen und quantitativen Analyse. Lehrformen: - Vorlesung - Übung - Praktikum Voraussetzung für die Teilnahme: keine Arbeitsaufwand: Präsenzzeit 70 Stunden, Selbststudium: 140 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - Praktikumsschein - 7 CP Modulverantwortlicher: Lehrstuhl für Anorganische Chemie, Prof. Dr. F. T. Edelmann



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Organische Chemie Ziele des Moduls (Kompetenzen):

Ausgehend von der grundlegenden Einteilung organischer Verbindungen erwerben die Studenten die Fähigkeit, aus wichtigen Strukturmerkmalen (funktionelle Gruppen) Gesetzmäßigkeiten für das Reaktionsverhalten ableiten zu können.

Sie entwickeln ein Basisverständnis für die Inhalte der aufbauenden Module. In der Übung werden die wichtigsten Gesetzmäßigkeiten organischer

Reaktionsmechanismen an ausgewählten Beispielen trainiert. Das Praktikum dient der Entwicklung von Fertigkeiten im sicheren Umgang mit

Gefahrstoffen sowie Labor- und Messgeräten. Die Studenten schulen das analytische und logische Denken an ausgewählten

Synthesebeispielen und der dazu gehörigen Analytik. Inhalt:

• Struktur und Bindung organischer Moleküle • Radikalreaktionen • Nucleophile Substitution und Eliminierung • Additionsreaktionen • Substitutionsreaktionen am Aromaten • Oxidation und Dehydrierung • Carbonylreaktionen • bedeutende großtechnische Verfahren

Praktikum:

• Reinigung und Charakterisierung von organischen Substanzen • Stoffgruppenspezifische Analytik • Synthese organischer Verbindungen und Nutzung chromatographischer Methoden

Lehrformen: - Vorlesungen - Übung - Praktikum Voraussetzung für die Teilnahme: keine Arbeitsaufwand: Präsenzzeiten: 70 Stunden; Selbststudium 140 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits:



Modulbeschreibung - K 120 - Praktikumsschein - 7 CP Modulverantwortlicher: Lehrstuhl für Organische Chemie, Prof. D. Schinzer



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Physikalische Chemie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Ziel des Moduls ist, die Studierenden zu befähigen, mit Grundbegriffen, wichtigen Gesetzmäßigkeiten und Messmethoden der Physikalischen Chemie sicher umgehen zu können. Die Studierenden erwerben Basiskompetenzen in den Bereichen (chemische) Thermodynamik, Kinetik und Elektrochemie, da vor allem makroskopische, weniger mikroskopische Zusammenhänge betrachtet werden. In der Übung wird das Lösen physikalisch-chemischer Probleme anhand ausgewählter Rechenbeispiele trainiert. Im Praktikum wird das theoretische Wissen angewendet und auf das Messen von physikalischen-chemischen Größen übertragen. Trainiert werden sowohl die Beobachtungsgabe und kritische Messwerterfassung als auch eine fundierte Darstellung der Ergebnisse im zu erstellenden Protokoll. Inhalt Block 1: Einführung Abriss der Hauptgebiete der Physikalischen Chemie; Grundbegriffe, -größen und Arbeitsmethoden der Physikalischen Chemie Chemische Thermodynamik System und Umgebung, Zustandsgrößen und Zustandsfunktionen, 0. Hauptsatz; Gasgleichungen, thermische Zustandsgleichung; Reale Gase, kritische Größen, Prinzip der korrespondierenden Zustände Block 2: 1. Hauptsatz und kalorische Zustandsgleichung; Temperaturabhängigkeit von innerer Energie und Enthalpie: molare und spezifische Wärmekapazitäten; Reaktionsenergie und -enthalpie, Heßscher Satz; Isothermen und Adiabaten; Umsetzung von Wärme und Arbeit: Kreisprozesse; 2. Hauptsatz, Entropie, und 3. Hauptsatz Block 3: Konzentration auf das System: Freie Energie und Freie Enthalpie; Chemisches Potential und seine Abhängigkeit von Druck, Volumen, Temperatur und Molenbruch; Mischphasen: wichtige Beziehungen und Größen, partiell molare Größen; Mischungseffekte; Joule-Thomson-Effekt Block 4: Phasengleichgewichte in Ein- und Mehrkomponentensystemen; Gibbs'sche Phasenregel; Clapeyron- und Clausius-Clapeyron-Beziehung; Raoultsches Gesetz, Dampfdruck- und Siedediagramme binärer Systeme, Azeotrope; Kolligative Eigenschaften; Schmelzdiagramme binärer Systeme



Modulbeschreibung Block 5: Chemisches Gleichgewicht: Massenwirkungsgesetz, Gleichgewichtskonstante und ihre Druck- und Temperaturabhängigkeit; Oberflächenenergie: Oberflächenspannung, Eötvös'sche Regel, Kelvin-Gleichung Kinetik homogener und heterogener Reaktionen Grundbegriffe: allgemeiner Geschwindigkeitsansatz, Ordnung und Molekularität; einfache Geschwindigkeitsgesetze; Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit: Arrhenius-Ansatz Block 6: Komplexere Geschwindigkeitsgesetze: Folgereaktionen, Quasistationaritätsnäherung und vorgelagerte Gleichgewichte; Kettenreaktionen und Explosionen; Katalyse allgemein; Adsorption und heterogene Katalyse Block 7: Elektrochemie (Thermodynamik und Kinetik geladener Teilchen) Grundbegriffe; Starke und schwache Elektrolyte; Elektrodenpotentiale und elektromotorische Kraft; Spannungsreihe; Halbzellen und Batterien (galvanische Zellen); Korrosion; Doppelschichten; Kinetik von Elektrodenprozessen Parallel zur Vorlesung, die hier in 7 Blöcke á je 4 Unterrichtsstunden (2 Semesterwochen) gegliedert ist, werden Rechenübungen, in denen die Studierenden die Lösung entsprechender physikalisch-chemischer Probleme üben sollen, sowie ein Praktikum durchgeführt; in letzterem werden verschiedene Versuche aus den in der Vorlesung behandelten Gebieten durchgeführt. Lehrformen: - Vorlesung - Rechenübung, - Praktikum mit Seminar Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 84 Stunden, Selbststudium: 126 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits:

• K 120 • Praktikumsschein • 7 CP

Modulverantwortlicher: Lehrstuhl für Physikalische Chemie, Prof. H. Weiß



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Biochemie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben Basiskompetenzen der Biochemie, wobei die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen, deren Struktur und biochemischen Prinzipien im Mittelpunkt stehen, so dass kombinatorisches Denken geschult wird. Das Praktikum dient der Anwendung des erworbenen theoretischen Wissens und dem Erwerb von Fertigkeiten in den speziellen biochemischen Arbeitstechniken. Inhalt:

• Von der Chemie zur Biochemie: Moleküle und Prinzipien • Proteine: Aufbau und Funktion • Enzyme und enzymatische Katalyse • Struktur- und Motorproteine • Zentrale Wege des katabolen und anabolen Stoffwechsels • Atmung und Photosynthese • Membranproteine und Rezeptoren • Prinzipien der Bioenergetik und Membranbiochemie

Lehrformen: - Vorlesung - Praktikum Voraussetzung für die Teilnahme: keine Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 94 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - Praktikumsschein - 5 CP Modulverantwortlicher: FNW, Prof. W. Marwan



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Grundlagen der Biologie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben einen Überblick über Inhalte und Prinzipien der allgemeinen Biologie, Zoologie, Zellbiologie, Molekularbiologie, Genetik, Humanbiologie sowie die Fähigkeit, interdisziplinäre Fragestellungen zu lösen. Im Praktikum erwerben die Studenten Fertigkeiten, z. B. in der sicheren Probenpräparation, der Nutzung spezieller Messtechnik- und Messmethoden sowie der Mikroarbeitstechnik. Inhalt:

Vorlesung: • Allgemeine Zoologie, Tierphysiologie, Neurobiologie • Zellbiologie, Biochemie der Zelle, Genetik • Verhaltensbiologie • Entwicklungsbiologie

Praktikum:

• Histologie/Zytologie • Einführung in die histologischen Präparationstechniken und Färbeverfahren • Klassifikation gefärbter Gewebe • In vitro Methoden • Immuncytochemie/Enzymhistochemie • Quantifizierungsmethoden in der Histologie • Einführung in die Konfokale Laserscanmikroskopie • Einführung in die Elektronenmikroskopie • Einführung in biochemische und molekularbiologische Techniken • In vivo Mikrodialyse

Lehrformen: - Vorlesung - Praktikum Voraussetzung für die Teilnahme: Vorlesung des 1. Semesters ist Voraussetzung für das Praktikum im 2. Semester Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 124 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120



Modulbeschreibung - Praktikumsschein - 6 CP Modulverantwortliche: FNW, Frau Prof. K. Braun



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Mikrobiologie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben Basiskompetenzen zu den Grundlagen der Mikrobiologie. Die Themen umspannen den Aufbau und die Funktion von Mikroorganismen, verschiedene Stoffwechselprozesse in Mikroorganismen sowie die Grundlagen der mikrobiellen Genetik. Sie werden geschult, auf die fächerübergreifenden Zusammenhänge zu den Gebieten Biologie und Biochemie zu achten und so das Fachgebiet integrativ zu verstehen. Das Praktikum dient dem Erwerb von Fertigkeiten bei der Nutzung mikrobiologischer Arbeitstechniken. Inhalt:

• Einführung zu Mikroorganismen • Klassifizierung von Mikroorganismen • Struktur und Funktion der prokaryotischen Zelle • Wachstum, Vermehrung und Sporenbildung • Grundmechanismen des Stoffwechsels • Bioenergetik • Grundlagen der Genetik

Lehrformen: - Vorlesung - Praktika Voraussetzung für die Teilnahme: Vorlesung des 1. Semesters ist Voraussetzung für das Praktikum im 2. Semester Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 94 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 90 - Praktikumsschein - 5 CP Modulverantwortliche: Prof. Dr.-Ing. U. Reichl / Dr. H. Grammel / Dr. K. Bettenbrock



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Zellbiologie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten entwickeln die Fähigkeit spezifische Merkmale und systematische Probleme der Biologie der Zelle zu beurteilen und Zusammenhänge sowie Unterschiede zu den Inhalten der anderen biologisch orientierten Module herauszuarbeiten. Inhalt: • Einführung in die Zellbiologie • Zellorganisation und Organellen • Membranen und Membranorganisation • Zelltransport • Zellkommunikation Lehrformen: - Vorlesung Voraussetzung für die Teilnahme: keine Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 28 Stunden, Selbststudium: 122 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 5CP Modulverantwortlicher: FME, Prof. Dr. M. Naumann



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Technische Thermodynamik Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Lehrveranstaltung verfolgt das Ziel, Basiskompetenzen zu den Grundlagen der Energieübertragung und Energiewandlung sowie dem Zustandsverhalten von Systemen zu entwickeln. Die Studenten erwerben Fertigkeiten zur energetischen Bilanzierung von technischen Systemen sowie zur energetischen Bewertung von Prozessen. In der Übung werden sie insbesondere befähigt, die Methodik der Thermodynamik für die Schulung des analytischen Denkvermögens zu nutzen und erreichen eine Grundkompetenz zur Identifizierung und Lösung energetischer Problemstellungen. Inhalt: 1. Einführung 2. Wärme als Form der Energieübertragung 3. Energietransport durch Leitung (stationär und instationär) 4. Wärmeübergang bei freier und erzwungener Konvektion 5. Energietransport durch Strahlung 6. Wärmeübertrager 7. Arbeit und innere Energie 8. Thermodynamische Hauptsätze 9. Zustandsverhalten einfacher Stoffe 10. Prozesse in Maschinen, Apparaten und Anlagen – energetische Bewertung 11. Dämpfe – Zustandsverhalten und Kreisprozesse 12. Energie und Umwelt Lehrformen: - Vorlesung - Übungen Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 94 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 5 CP



Modulbeschreibung Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. J. Schmidt



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Bioverfahrenstechnik I Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben innerhalb dieses Moduls Basiskompetenzen zu biologischen, apparativen und theoretischen Grundlagen von Fermentationsprozessen, die im Rahmen von Forschung und industrieller Produktion weit verbreitet eingesetzt werden. Die Übung dient dem Erwerb von Fertigkeiten zur Übertragung von biotechnologischen Grundlagen auf Anwendungsbeispiele. Inhalt: • Einführung in die Bioverfahrenstechnik • Mikroorganismen • Wachstum von Mikroorganismen • Fermentationsprozesse • Apparative Grundlagen • Messen und Regeln • Aufarbeitung • Chromatographische Verfahren • Industrielle Praxis Lehrformen: - Vorlesung - Übungen Voraussetzung für die Teilnahme: Module der ersten beiden Studiensemester, die ihren Schwerpunkt in der Biologie und Biochemie haben Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 90 - Leistungsnachweis - 5 CP Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. U. Reichl



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Einführung in die Systemtheorie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erhalten Basiskompetenzen zur Betrachtung dynamischer Systeme. Sie erwerben, neben Fertigkeiten mit einfachen formalen Konzepten umgehen zu können auch ein intuitives Verständnis für grundlegende dynamische Phänomene. In der Übung erwerben die Studenten an Hand von Beispielen die Fähigkeit zu erkennen, dass dynamische Phänomene in einer Vielzahl von technischen und nichttechnischen Anwendungsgebieten auftreten. Inhalt: • Grundbegriffe der Systemtheorie (Systeme, Signale, statische und dynamische Systeme) • Beispiele für dynamische Systeme (Geometrisches Wachstum, Einfaches Populationsmodell, Modell einer isolierten Volkswirtschaft, Exponentielles Wachstum, Räuber-Beute-Modell, Elektrisches Netzwerk, Mechanische Systeme) • Klassifikation kausaler Systeme (Linearität, Zeitinvarianz, Autonomie) • Differenzengleichungen (Autonome Differenzengleichungen, Autonome lineare

Differenzengleichungen) • Differentialgleichungen (Autonome Differentialgleichungen, Autonome lineare

Differentialgleichungen) • Steuerung und Regelung (Zustandsraum, Steuerbarkeit, Stabilisierung durch Regelung) • Elemente der linearen Algebra (Vektoren und Matrizen, Vektor- und Matrixoperationen,

Basisvektoren und Koordinatensysteme, Wechsel des Koordinatensystems, Eigenwerte und –vektoren)

Lehrformen: - Vorlesung - Übungen Voraussetzung für die Teilnahme: keine Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 94 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 5CP Modulverantwortlicher: FEIT, Prof. Dr.-Ing. A. Kienle



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Immunologie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten entwickeln die Fähigkeit, spezifische Merkmale und systematische Probleme der Immunologie zu beschreiben und zu beurteilen. Im Praktikum werden die Studenten geschult, die spezifischen Arbeitstechniken des Fachgebietes sicher zu beherrschen. Inhalt: • Einführung in die Immunologie • Immunorgane • Immunzellen • Immunmechanismen • Immunität Lehrformen: - Vorlesung - Praktikum Voraussetzung für die Teilnahme: Module der ersten beiden Studiensemester, die ihren Schwerpunkt in der Biologie und Biochemie haben Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 94 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 5CP Modulverantwortlicher: FME, Prof. Dr. B. Schraven



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang: Biosystemtechnik Modul: Regulationsbiologie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Regulatorische Netzwerke und zelluläre Sensoren kontrollieren und steuern auf unterschiedliche Weise praktisch alle Lebensprozesse. In der Vorlesung lernen Sie, welche Arten von Netzwerken man kennt, wie sie konstruiert sind, nach welchen Funktionsprinzipien sie arbeiten und wie komplexe Netzwerke erforscht werden können. Inhalt:

Einführung. Grundlagen und Werkzeuge • Bedeutung regulatorischer Netzwerke in der Biologie • Moleküle als Bauelemente regulatorischer Netzwerke • Grundoperationen der Regulation: Rezeption, Verstärkung, Integration, Adaptation,

Rückkoppelung, Schalten, Logische Verknüpfungen • Experimentelle Strategien zur Analyse komplexer Netzwerke • Konzepte mathematischer Modellierung, Petri-Netze, Reverse Modeling

Einfache Netzwerke und Modellsysteme • Sehkaskade im Vertebraten-Auge und andere Signalkaskaden • Regulation der Genexpression durch Rückkoppelung, sensorische Kontrolle,

Metabolic Control • Der Schalter des Phagen Lambda • Künstliche Schalter und Netzwerke: auf dem Papier konstruiert, in E. coli

implementiert

Komplexere Netzwerke • Sporulation von Bacillus subtilis • Regulation des Bewegungsverhaltens von Prokaryonten • Periodische Prozesse: Circadiane Rhythmen und Zellzyklus • Entwicklung eines Vielzellers: ein Wechselspiel von Zellteilung, Differenzierung und

Apoptose

Lehrformen: - Vorlesung - Übungen Voraussetzung für die Teilnahme: Chemische Praktika, Physikalische Chemie, Grundlagen der Biologie, Mikrobiologie, Zellbiologie



Modulbeschreibung Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Mündliche Prüfung - 5 CP Modulverantwortlicher: FNW, Prof. Dr. W. Marwan



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang: Biosystemtechnik Modul: Strömungsmechanik I Ziele des Moduls (Kompetenzen): Auf der Basis der Vermittlung der Grundlagen der Strömungsmechanik und der Strömungsdynamik erwerben die Studenten Fertigkeiten zur Untersuchung und Berechnung von inkompressiblen Strömungen. Sie erhalten Basiskompetenzen zur Betrachtung kompressibler Strömungen. Ziel der Übung ist es, die abstrakten theoretischen Zusammenhänge in Anwendungsbeispiele zu integrieren, wobei eine sichere Verwendung der Bernoulli-Gleichung und des Impulssatzes in allen Varianten angestrebt wird. Außerdem müssen Grundkonzepte wie Kontrollvolumen und Erhaltungsprinzipien gemeistert werden. Inhalt: • Einführung, Grundprinzipien der Strömungsdynamik • Wiederholung notwendiger Konzepte der Thermodynamik und der Mathematik • Kinematik • Kontrollvolumen und Erhaltungsgleichungen • Reibungslose Strömungen, Euler-Gleichungen • Ruhende Strömungen • Bernoulli-Gleichung, Berechnung von Rohrströmungen • Impulssatz, Kräfte und Momente • Reibungsbehaftete Strömungen, Navier-Stokes-Gleichungen • Ähnlichkeitstheorie, dimensionslose Kennzahlen • Grenzschichten • Grundlagen der turbulenten Strömungen • Experimentelle und numerische Untersuchungsmethoden Lehrformen: - Vorlesung - Übungen, Demonstrationsversuche Voraussetzung für die Teilnahme: Grundkenntnisse in Mathematik, Physik, Thermodynamik Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 94 Stunden



Modulbeschreibung Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 90 - 5CP Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Dominique Thévenin



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Grundlagen und Prozesse der Verfahrenstechnik Ziele des Moduls (Kompetenzen): Erwerb grundlegender verfahrenstechnischer Kenntnisse und Fähigkeiten, die für das Ingenieurstudium der Biosystemtechnik unbedingt notwendig sind. Sie erlangen die Kompetenz, die speziellen Inhalte der Bioverfahrenstechnik (z. B. Fermentationsprozesse) auf ein breiteres Anwendungsfeld zu übertragen. Inhalt: Verfahrenstechnik • Grundlagen und Prozesse, • Stoffcharakterisierung, • Mechanische Prozesse (Zerkleinerung, Trennung, Mischen, Agglomerieren), • Durch Gleichgewicht bzw. Kinetik kontrollierte thermische Trennprozesse • Grundlagen des Stoff- und Wärmetransports sowie der Reaktormodellierung Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Physik, Strömungsmechanik, Mechanik Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 84 Stunden, Selbststudium: 156 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 180 - 8 CP Modulverantwortliche: Prof. Dr. Jürgen Tomas, Prof. Dr. Evangelos Tsotsas



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Molekulare Zellbiologie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Aufbauend auf das Wissen aus dem Modul „Zellbiologie“ erwerben die Studierenden die Fähigkeit, die wichtigsten Vorgänge und Prinzipien auf die molekulare Ebene zu übertragen. Inhalt: • Einführung in die Zellbiologie • Zellorganisation und Organellen • Membranen und Membranorganisation • Zelltransport • Zellkommunikation Lehrformen: - Vorlesung Voraussetzung für die Teilnahme: Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 28 Stunden, Selbststudium: 92 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 4 CP Modulverantwortlicher: FME, Prof. Dr. M. Naumann



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Prozessdynamik I Ziele des Moduls (Kompetenzen): Erwerb der methodisch grundlagenorientierten Lösungskompetenz für Problemstellungen bei der Regelung von dynamischen Prozessen. Inhalt:

Materialbilanzen in dynamischen, örtlich konzentrierten Systemen (2 LE) (Massenbilanzen, Mengenbilanzen, Abgeleitete Größen (Volumen, Molenbrüche, Konzentrationen)) Energiebilanzen in dynamischen, örtlich konzentrierten Systemen (2 LE) (Gesamtenergie, Innere Energie, Enthalpie, Enthalpiebilanz in Temperaturform) Konstitutive Gleichungen (2 LE) (Kinetiken, Kennlinien, Thermodynamische Zusammenhänge) Modelle in Zustandsform (1 LE) Numerik (2 LE) (Eulerverfahren, Newtonverfahren, Linearisierung (Taylor)) Stabilität (2 LE) (Phasendiagramm, Stabilitätskriterien, Stabilitätsformen in Zweigrößensystemen) Übertragungsfunktionen (2 LE) (Laplacetransformation, Übertragungsfunktionen 1., 2. und höherer Ordnung, Systeme mit mehreren Ein- und Ausgängen (MIMO)) Blockschaltbilder (1 LE)

Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: keine Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 5 CP Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. K. Sundmacher



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Regelungstechnik Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studierenden erwerben einen ersten Einblick in die Analyse und Synthese kontinuierlicher Regelungssysteme. Über die mathematische Beschreibung durch Differentialgleichungen werden sie befähigt, zunächst die wesentlichen Eigenschaften linearer zeitinvarianter Systeme im Zeitbereich und anschließend im Frequenzbereich zu untersuchen. Die erreichte Zielkompetenz besteht darin, diese Methoden erfolgreich zur Analyse und dem Entwurf von Regelsystemen einzusetzen. Inhalt: 1. Einführung: Ziele und Wege der Reglungstechnik 2. Mathematische Modellierung dynamischer Systeme 3. Verhalten linearer zeitinvarianter Systeme 4. Beschreibung im Frequenzbereich 5. Laplace-Transformation und Übertragungsfunktion 6. Regelverfahren 7. Analyse und Entwurf von Regelkreisen Lehrform: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Mathematik I-II Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 5 CP Modulverantwortlicher: FEIT, Prof. Achim Kienle



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Computational Neuroscience I Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben Basiskenntnisse zu den grundlegenden Probleme und Methoden der theoretischen Neurowissenschaften, wobei die Schwerpunkte bei der Betrachtung einzelner Neuronen, neuronaler Kode und in der Informationstheorie liegen. Inhalt: Passive Membranen Active Membranen Analyse des Spikes im Phasenraum Kabelgleichung, dendritische Morphologie Rauschen in spikenden Neuronen Synaptische Funktion Synaptische Plastizität Tuningkurven und rezeptive Felder Quantifizierung von Verhalten und Wahrnehmung Populationskodes Fisher Information Shannon Information Statistik natürlicher Reize Neuronale Transferfunktionen und Reizstatistik Lehrformen: - Vorlesung - Übungen Voraussetzung für die Teilnahme: Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Wöchentliche Aufgaben zur selbständigen Bearbeitung - K 120 - 5CP Modulverantwortlicher: FNW, Prof. Jochen Braun



Modulbeschreibung

Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Computational Neuroscience II Ziele des Moduls (Kompetenzen): Erwerb von Kenntnissen und Kompetenzen zu grundlegenden Problemen und Methoden der theoretischen Neurowissenschaften mit der Schwerpunktlegung auf Netzwerkmodelle, Plastizität und Lernen, Konditionierung und Verstärkung sowie Repräsentationslernen. Inhalt: Feedforward Netzwerke Stabilität und Asymptotisches Lernverhalten Rekurrente Netzwerke Dichotomien als Bedeutungszuweisungen, Grenzen linearer Modelle Exzitatorisch-inhibitorische Netzwerke Plastizität und Lernen Nichtüberwachtes Lernen Selbstorganisierende Karten Überwachtes Lernen Lernkapazität und Robustes Lernen Konditionierung und Verstärkung Lernen zeitlich verzögerter Belohnungen Strategien und Verhaltenskontrolle (‚actor-critic’) Generative und Klassifizierende Modelle Erwartungsmaximierung Prinzipielle und Unabhängige Komponentenanalyse Lehrformen: - Vorlesung - Übungen Voraussetzung für die Teilnahme: Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Wöchentliche Aufgaben zur selbständigen Bearbeitung - K 120 - 5CP



Modulbeschreibung Modulverantwortlicher: FEIT, Prof. Andreas Wendemuth



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Bioinformatik Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben Kenntnisse zu den derzeit wichtigsten algorithmischen und methodischen Grundlagen der Bioinformatik, wobei der Sequenzanalyse besondere Bedeutung beigemessen wird. Inhalt:

• Grundlagen und Bedeutung der Bioinformatik • Molekularbiologische Grundlagen • Paarweises und multiples Alignment von Sequenzen mittels dynamischer

Programmierung • Heuristische Verfahren des Sequenzvergleichs • Methoden der phylogenetischen Analyse • Hidden-Markov-Modelle und deren Anwendungen • Grundlagen und Methoden der Genexpressionsdatenanalyse

Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 94 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 5 CP Modulverantwortlicher: IPK Gatersleben; FIN (ITI); Dr. U. Scholz; Dr. M. Lange



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Grundlagen der Systembiologie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Stundenten sollen in die Lage gebracht werden, sich in die Fragestellungen im Bereich der Systembiologie einzuarbeiten und Lösungsmöglichkeiten anwenden zu können. Ziele der Lehrveranstaltung dabei sind:

• Vermittlung der Bedeutung interdisziplinärer Forschung auf dem Gebiet der Life-Sciences

• Verbessertes Verständnis der in biologischen Systemen ablaufenden Vorgänge • Kennenlernen von mathematischen Modellen von Signalübertragungs- und

Regelkreisstrukturen in biologischen Systemen • Vermittlung von Methoden zur mathematischen Analyse von komplexen

biochemischen Netzwerken • Anwendung der Methoden an konkreten Beispielen aus der laufenden Forschung.

Inhalt: • Einführung und Übersicht Forschungsfeld Systembiologie • Clustertechniken • Analyse von statischen Netzwerken • Grundlagen der Modellierung - Bilanzgleichungen • Enzymkinetiken • Signaltransduktionssysteme • Polymerisationsprozesse • Regulation und Steuerung in zellulären Systemen Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Grundlagenmodule wie Mathematik I und II, Systemtheorie Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Mündliche Prüfung - 5 CP Modulverantwortliche: MPI, Dr. A. Kremling



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Molekulare Immunologie Ziele des Moduls (Kompetenzen): • Aufbauend auf der Beherrschung der Grundprinzipien der Zellbiologie und Immunologie

aus dem zweiten bzw. vierten Semester Erwerb von Spezialkenntnissen auf diesem Gebiet.

• Verstärkung der Motivation zur wissenschaftlichen Arbeitsweise Inhalt: • Molekulare Immunologie • Immunantwort • Signaltransduktion der Immunantwort • Immunregulation • Immundefizienzen • Tumorimmunologie • Autoimmunerkrankungen Lehrformen: - Vorlesung Voraussetzung für die Teilnahme: Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 28 Stunden, Selbststudium: 92 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 4 CP Modulverantwortliche: FME, Prof. Dr. B. Schraven



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Systemtheorie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben die Fähigkeit zur Analyse und Synthese linearer zeitinvarianter Systeme in Zustandsdarstellung. Sie entwickeln Fertigkeiten bei der mathematischen Behandlung linearer zeitinvarianter Systeme, die in der Übung gefestigt werden. Inhalt: • Zustandsbeschreibung dynamischer Systeme (Signale, Zustandsbeschreibung, stationäre Lösungen, Linearisierung um stationäre Lösungen) • Analyse linearer zeitinvarianter Systeme (Wechsel des Koordinatensystems, Stabilität,

Steuerbarkeit, Beobachtbarkeit) • Realisierungen und Minimalrealisierungen linearer zeitinvarianter Systeme

(Eingrößensysteme, Mehrgrößensysteme, Kalman-Zerlegung) • Reglersynthese für lineare zeitinvariante Systeme (Zustandsrückführung,

Zustandsschätzung, Beobachter, Kalman-Filter, Zustandsschätzung im Regelkreis – das Separationsprinzip)

Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Einführung in die Systemtheorie Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 5 CP Modulverantwortlicher: FEIT, Prof. Dr. A. Kienle



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Modellierung von Bioprozessen Ziele des Moduls (Kompetenzen): Am Ende des Moduls haben die Studenten grundlegendes Wissen zur mathematischen Modellierung von Fermentationsprozessen, die im Rahmen von Forschung und industrieller Produktion eingesetzt wird. Sie erlangen praktische Kenntnisse durch Übungen am Rechner: Konkrete Aufgabenstellungen aus der Praxis sollen in Einzel- oder Kleingruppenarbeit umgesetzt werden, was sowohl zur Entwicklung der Teamfähigkeit als auch zur wissenschaftlichen Arbeitsweise befähigt. Inhalt: • Einführung in die Fermentationstechnik • Mathematische Modelle • Massenbilanzen • Reaktionskinetiken • Lösung der Modellgleichungen • Batch Kulturen • Kontinuierliche Kulturen • Fed-Batch-Kulturen • Sauerstoff-Transfer Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 94 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Leistungsnachweis - K 120 - 5 CP Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. U. Reichl



Modulbeschreibung

Modulbeschreibung für den

Bachelorstudiengang

Biosystemtechnik

- Wahlpflichtveranstaltungen -



Modulbeschreibung Module Bioseparationen Grundlagen der medizinischen Mikrobiologie Reaktionstechnik I Regulationsvorgänge in der Biologie Systeme mit verteilten Parametern Strukturelle und qualitative Analyse biochemischer Netzwerke



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Wahlpflichtfach Bioseparationen Ziele des Moduls (Kompetenzen):

• Erwerb eines Grundverständnisses für die die Grundlagen von Trennprozessen für biogene bzw. bioaktive Stoffe (Gleichgewicht, Kinetik, Auslegung, Modellierung)

• Studenten, die auf Module zu einzelnen Trennprozessen verzichten, erhalten einen Überblick zur Handhabung anspruchsvoller Trennprozesse und erwerben die hierfür notwendigen Fertigkeiten und Kenntnisse

• Vorbereitung der Studenten, auf die Vertiefung dieser Thematik, die im Masterstudium erfolgen kann

Inhalt:

1. Einleitung: Besonderheiten von biogenen bzw. bioaktiven Stoffen, Anforderungen an entsprechende Trennprozesse

2. Extraktion: Gleichgewichte und deren Manipulation, Auslegung von Extraktionsprozessen

3. Adsorption und Chromatographie: Fluid-Fest-Gleichgewicht, Einfluss des Gleichgewichts auf die Funktion von Trennsäulen

4. Adsorption und Chromatographie: Physikalische Ursachen der Dispersion, Dispersionsmodelle und ihre Auflösung im Zeit bzw. Laplaceraum, empirische Auslegungsmethoden

5. Fällung und Kristallisation: Flüssig-Fest-Gleichgewicht, Methoden zur Erzeugung von Übersättigung, Wachstum und Aggregation von Einzelpartikel und Populationen, diskontinuierliche und kontinuierliche Prozessführung

6. Trocknung: Grundlagen der Konvektions- und Kontakttrocknung sowie der damit verbundenen thermischen Beanspruchung, Vakuumkontakttrocknung, Gefriertrocknung

Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: keine Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden



Modulbeschreibung Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Mündliche Prüfung - 5 CP Modulverantwortlicher: Prof. Dr. E. Tsotsas



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Wahlpflichtfach Grundlagen der Medizinischen Mikrobiologie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Die Studenten erwerben Grundkenntnisse zur Medizinischen Mikrobiologie und übertragen diese im begleitenden Praktikum auf die Praxis. Inhalt: Bakterien

1. Aufgaben und Gegenstand der Medizinischen Mikrobiologie 2. Infektionslehre (Pathogenität, Virulenz, Bakterienflora) 3. Mikrobielle Infektabwehrmechanismen 4. Allgemeine und spezielle Bakteriologie (grampositive/gramnegative Erreger,

ausgewählte Krankheitsmodelle) Viren

1. Virusaufbau, Struktur, Pathogenese, Abwehr 2. Spezielle Virologie (z. B. Picornaviren) im Verbund mit Krankheitsbildern

Mykologie, Parasitologie (Fallbeispiele) Grundlagen der Chemotherapie (antibakteriell, antiviral) Infektionsdiagnostik; Impfungen, Epidemiologie und Prävention Lehrformen: Vorlesung mit Praktika Voraussetzung für die Teilnahme: Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 94 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 180 - 5 CP Modulverantwortliche: FME, Prof. Dr. med. W. König



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Wahlpflichtfach Reaktionstechnik Ziele des Moduls (Kompetenzen): Unter Anwendung des Basiswissens aus dem Modul Chemie erwerben die Studenten die Fähigkeit, chemische Reaktionen zu analysieren, d. h. Schlüsselkomponenten und Schlüsselreaktionen herauszuarbeiten sowie sichere Aussagen zum Fortschreiten und zur Ausbeute sowie Selektivität treffen zu können. Sie erlangen die Kompetenz, Reaktionen unter komplexen Aspekten, wie Thermodynamik, Kinetik und Katalyse zu bewerten. In der Übung wird der Umgang mit Rechenmodellen gefestigt. Inhalt: 1. Stöchiometrie chemischer Reaktionen - Schlüsselkomponenten - Bestimmung der Schlüsselreaktionen - Fortschreitungsgrade - Ausbeute und Selektivität 2. Chemische Thermodynamik - Reaktionsenthalpie - Berechnung der Reaktionsenthalpie - Temperatur- Druckabhängigkeit - Chemisches Gleichgewicht - Berechnung der freien Standardreaktionsenthalpie - Die Gleichgewichtskonstante Kp und ihre Temperaturabhängigkeit - Einfluss des Drucks auf die Lage des Gleichgewichts - Regeln zur Gleichgewichtslage 3. Kinetik - Reaktionsgeschwindigkeit - Beschreibung der Reaktionsgeschwindigkeit - Zeitgesetze einfacher Reaktionen - Ermittlung kinetischer Parameter - Differentialmethode, Integralmethode - Kinetik heterogen katalysierter Reaktionen - Prinzipien und Beispiel - Adsorption und Chemiesorption - Langmuir-Hinshelwood-Kinetik - Temperaturabhängigkeit heterogen katalysierter Reaktionen 4. Stofftransport bei der heterogenen Katalyse - allgemeine Grundlagen - Diffusion in porösen Systemen - Porendiffusion und Reaktion - Filmdiffusion und Reaktion



Modulbeschreibung - Gas-Flüssig-Reaktionen - Dreiphasen-Reaktionen 5. Berechnung chemischer Reaktoren - Formen und Reaktionsführung und Reaktoren - Allgemeine Stoffbilanz - Isotherme Reaktoren - Idealer Rührkessel (BR) - Ideales Strömungsrohr (PFTR) - Idealer Durchflussrührkessel (CSTR) - Vergleich der Idealreaktoren und Auslegungshinweise - Rührkesselkaskade - Mehrphasen-Reaktoren 6. Wärmebilanz chemischer Reaktoren - Allgemeine Wärmebilanz - Der gekühlte CSTR - Stabilitätsprobleme - Qualitative Ergebnisse für andere Reaktoren - Verweilzeitverhalten chemischer Reaktoren - Messung und Beschreibung des Verweilzeitverhaltens - Verweilzeitverteilung für einfache Modelle - Umsatzberechnung für Realreaktoren - Kaskadenmodell - Dispersionsmodell - Segregationsmodell - Selektivitätsprobleme 7. Stoffliche Aspekte der Chemischen Verfahrenstechnik - Bedeutung der chemischen Industrie und Rohstoffversorgung - Erdölkonversion und petrochemische Grundstoffe - Steam-Cracken von Kohlenwasserstoffen - Chemische Produkte und Produktstammbäume Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Chemie Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - K 120 - 5 CP Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Andreas Seidel-Morgenstern



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Wahlpflichtfach Regulationsvorgänge in der Biologie Ziele des Moduls (Kompetenzen): Aufbauend auf der Grundlagenvorlesung („Grundlagen der Systembiologie“) stehen in diesem Modul die mathematische Analyse von Modellen zur Beschreibung der Dynamik von zellulären Systemen im Vordergrund. Die Studenten werden somit befähigt, die biologischen Systeme zu quantifizieren. In der Übung werden die Fertigkeiten zum Umgang mit den Modellen am Beispiel gefestigt. Inhalt: • Einführung: Grundlagen der Bilanzierung, Unstrukturierte Modelle vs. strukturierte

Modelle, logische Interaktionsgraphen, stochastische Modellierung • Analyse von Zeithierarchien in zellulären Systemen • Analyse der Modelle durch Ermittlung der Sensitivitäten, Ermittlung von Robustheitseigenschaften • Modellverifikation / -validierung • Experimental Design • Anwendung von Methoden aus der Regelungstheorie auf zelluläre Systeme: Integrale

Rückführung bei der bakteriellen Chemotaxis • Werkzeuge in der Systembiologie • Messmethoden in der Systembiologie Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Teilnahme Vorlesung „Grundlagen der Systembiologie“, Grundlagenmodule wie Mathematik I und II, Systemtheorie Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Mündliche Prüfung - 5 CP Modulverantwortliche: MPI, Dr. A. Kremling



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Wahlpflichtfach Systeme mit verteilten Parametern Ziele des Moduls (Kompetenzen): Inhalt: • Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 78 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: ? -5 CP Modulverantwortlicher: MPI, Prof. Dr. D. Flockerzi



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Wahlpflichtfach Strukturelle und qualitative Analyse biochemischer Netzwerke Ziele des Moduls (Kompetenzen): Dieses Modul vermittelt verschiedene theoretische Ansätze und Methoden zur strukturellen und qualitativen Analyse zellulärer Netzwerke, die dank der Systembiologie in letzter Zeit stark an Bedeutung gewonnen haben. • Die Studenten sollen zunächst ein allgemeines Verständnis für den strukturellen Aufbau

und die Arbeitsweise unterschiedlicher Klassen von biochemischen Netzwerken erhalten und sich dann einen Werkzeugkasten an Methoden für eine rechnergestützte Strukturanalyse dieser oftmals großskaligen Netzwerke aneignen.

• Die erarbeiteten theoretischen Kenntnisse werden an konkreten biologischen Beispielen veranschaulicht und mit einem vorhandenen Softwarepaket in der Übung an verschiedenen Anwendungsbeispielen gefestigt.

• Das interdisziplinäre (systembiologische) Denken der Studenten wird gestärkt und das Verständnis für netzwerkweite Prozesse in der Zelle wird gefestigt. Außerdem werden Methoden für strategische Eingriffe und für das Design zellulärer Netzwerken vermittelt.

Inhalt: • Einführung: zelluläre Netzwerke, Stoffflüsse und Signalflüsse, Datenbanken • Graphentheoretische Analyse, statistische Kennzahlen, Netzwerkmotive • Metabolische Netzwerkanalyse: Erhaltungsrelationen, Stoffflussverteilungen, Flusskegel,

Elementarmoden, Minimal cut sets • Metabolische 13C-Flussanalyse • Boolesche Modellierung regulatorischer Netzwerke • Interaktionsgraphen und logische Modelle für Signaltransduktionsnetze • Vergleich quantitative – qualitative Ansätze Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: Grundlagen der Systembiologie Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 42 Stunden, Selbststudium: 108 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Mündliche Prüfung - 5 CP



Modulbeschreibung Modulverantwortliche: MPI, Dr. S. Klamt



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Nichttechnische Fächer Ziele des Moduls (Kompetenzen): Vergleiche Katalog „Nichttechnische Fächer“ Inhalt Vergleiche Katalog „Nichttechnische Fächer“ Lehrformen: - Vorlesung - Übung Voraussetzung für die Teilnahme: keine Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 Stunden, Selbststudium: 64 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Leistungsnachweise - 4 CP Modulverantwortliche: Vergleiche Katalog „Nichttechnische Fächer“



Modulbeschreibung Studiengang: Bachelorstudiengang Biosystemtechnik Modul: Industriepraktikum, Exkursionen, Seminar Ziele des Moduls (Kompetenzen): Im Industriepraktikum sammeln die Studenten Erfahrungen zu Arbeitsverfahren, Arbeitsmitteln und Arbeitsprozessen. Sie lernen die organisatorischen und sozialen Verhältnisse der Praxis kennen und trainieren ihre eigenen sozialen Kompetenzen. Außerdem dient das Praktikum dem Ziel, die theoretischen Inhalte des Lehrangebots exemplarisch auf die Praktikumsaufgaben zu übertragen und die Motivation für das Studium zu fördern. Die Exkursionen dienen der Anschauung und Informationssammlung sowie dem Kontakt zur Praxis vor Ort. Das Seminar zielt auf den Erwerb der Befähigung zur wissenschaftlichen Aufarbeitung von theoretischen und praxisbezogenen, insbesondere auch fachübergreifenden Fragestellungen und deren Präsentation ab. Inhalt: Das Industriepraktikum soll grundlegende Tätigkeiten und Kenntnisse zu Labortätigkeiten, Produktionstechnologien sowie Apparaten und Anlagen umfassen. Aus den nachfolgend genannten Gebieten müssen mindestens fünf im Praktikum, das auch in mehreren Abschnitten und unterschiedlichen Praktikumsbetrieben stattfinden kann, berücksichtigt werden.

• Bioprozess-, Pharma- und Umwelttechnik

• Gestaltung von Produkten

• Medizinische Einrichtungen

• Bioinformatik

• Behandlung von Feststoffen

• Behandlung von Fluiden

• Instandhaltung, Wartung und Reparatur

• Messen, Analysen, Prüfen, Qualitätskontrolle

• Fertigungsplanung, Arbeitsvorbereitung, Auftragsabwicklung

• Entwicklung, Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Prozessanalyse

• Montage, Inbetriebnahme, Qualifizierung

• Fachrichtungsbezogene praktische Tätigkeit nach Absprache mit dem

Praktikantenamt



Modulbeschreibung Für die Erarbeitung der Präsentation im Rahmen des Seminars werden fachübergreifende Themen angeboten, die die Zusammenführung der theoretischen Kenntnisse aus den Grundlagenmodulen und dem Wissen aus den fachspezifischen Gebieten fordert. Lehrformen: - Industriepraktikum - Exkursion - Seminar Voraussetzung für die Teilnahme: Das Industriepraktikum kann wahlweise im 5., 6. oder 7. Semester durchgeführt werden. Das Seminar und die Exkursionen finden studienbegleitend statt. Arbeitsaufwand: 300 Stunden Leistungsnachweise/Prüfung/Credits: - Praktikumsbericht - Nachweise über die Teilnahme an mindestens zwei Exkursionen - Präsentation zum Seminar - 10 CP Modulverantwortlicher: Prof. Dr. E. Specht, Prof. Dr. U. Reichl

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