Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines MLL-Projektes statt. Ansprechpartnerin: Meike Lawin

Transkript

1 Arbeitsgruppe Ralf Brinkmann RB1 Experimentelle Untersuchung der Einflussfaktoren bei der kontrollierten Photokoagulation der Retina Im Rahmen des BMBF-Projektes I-Cube (Innovative Imaging and Intervention in early AMD) werden Optimierungsstrategien unterschiedlicher Laserbehandlungen an der Retina erforscht. Ein Teilprojekt behandelt die automatisch kontrollierte Photokoagulation der Netzhaut. Diese ermöglicht es, einzelne Spots mit einem Behandlungslaser im Fundus des Auges definiert zu erwärmen. Mit Hilfe der Photoakustik wird die vom Behandlungslaser induzierte Temperatur aus einem Drucksignal im Auge abgeleitet, welches durch einen weiteren Pulslaser erzeugt wird. Die Leistung des Behandlungsglasers wird bezüglich der erwünschten Temperatur während der Bestrahlung individuell angepasst ( Trotz konstanter Bestrahlungsdauern sowie kontrollierter Laserleistung treten Variationen der Läsionsgrößen auf, deren Ursprung nun näher untersucht werden soll. Zwei wichtige Einflussfaktoren sind die Absorption und das Strahlprofil, mit dem der Laser auf das Gewebe einwirkt. Ein Großteil der Laserenergie wird vom Melanin im RPE absorbiert, um anschließend in Wärme umgewandelt zu werden. Die Temperaturentwicklung ist somit stark von der Melaninkonzentration des zu behandelnden Ortes im Fundus abhängig, welche innerhalb eines Auges stark schwankt. Nähere Untersuchungen der Absorption und deren Einfluss auf das gemessene Drucksignal sind somit entscheidend für die Stabilisierung der Behandlungsmethode. In der Bachelorarbeit soll ein optischer Aufbau zur Vermessung von Phantomen erstellt werden, mit welchem der Einfluss der Strahlparameter (Strahldurchmesser, Intensitätsprofil, Wellenlänge) auf die Drucksignale näher untersucht werden soll. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines MLL-Projektes statt. Ansprechpartnerin: Meike Lawin RB2 Experimentelle Arbeiten zur Specklevermessung verschiedener Glasfaserarten Im Rahmen verschiedener biomedizinischer Laseranwendungen wird das Laserlicht über eine Glasfaser auf dem Behandlungsort appliziert, da dies einen hohen Grad an Flexibilität mit sich bringt. Bei ophthalmologischen Behandlungen wie der retinalen Photokoagulation oder der SRT wird das Intensitätsprofil der Glasfaser über eine Spaltlampe am Augenhintergrund abgebildet. Somit werden Krankheitsbilder wie die diabetische Retinopathie, das diabetische Makulaödem oder auch Drusen behandeln. Für die theoretischen Betrachtungen der Laserbestrahlung der Netzhaut wird ein Gauss- bzw. tophat-förmiges Intensitätsprofil angenommen. Die Kohärenz des angewandten Laserlichtes führt allerdings zu Interferenzerscheinungen in der Glasfaser, welche sich in einem ungleichmäßigen Intensitätsprofil äußern - einem sogenannten Specklemuster. Dieses Muster ist von verschiedenen Faktoren abhängig, wie beispielsweise der Wellenlänge, dem Durchmesser, der Form des Glasfaserkerns und der Länge der Faser. Im 1

2 Rahmen dieser Bachelorarbeit sollen mit Hilfe eines bereitgestellten optischen Aufbaus die Specklemuster verschiedener optischer Fasern vermessen, charakterisiert und für einen Anwendungsfall optimiert werden. Grundkenntnisse in den Bereichen Optik und Statistik sind für die Bewältigung der voraussichtlichen Teilaufgaben dieser Arbeit hilfreich. Die Arbeit findet im Rahmen eines MLL-Projektes statt. Ansprechpartner: Eric Seifert und Meike Lawin RB3 Numerische Arbeiten zur kontaktlosen optisch-holografischen Druckwellendetektion für die Photoakustische Tomographie (PAT) Die Photoakustische Bildgebung vereint Aspekte der Ultraschallbildgebung und der rein optischen Bildgebung. Anregungs-Laserpulse werden großvolumig in Gewebe appliziert. Durch thermoelastische Expansion der Absorber (z.b. Hämoglobin in Blutgefäßen) entstehen endogene Ultraschall-Druckwellen, die von innen an die Hautoberfläche treffen. Die resultierende Oberflächendeformation wird mit einem weiteren Laser optisch-holografisch abgetastet. Aus der zeitlich und örtlich aufgelösten Oberflächendeformation wird in einem späteren rechnerischen Schritt die räumliche Lage der Absorber rekonstruiert. Neben der Generierung des photoakustischen Signals sowie dessen Detektion ist die Rekonstruktion ein wesentlicher Bestandteil der PAT. Die Bachelorarbeit beinhaltet die Erweiterung bzw. Optimierung von vorhandenen Rekonstruktionsalgorithmen. Hierbei stehen neben der Rekonstruktionsgüte auch der zeitliche Berechnungsaufwand (Parallelisierung, GPU basierte Programmierung) und potenzielle Automatisierungen im Fokus. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines MLL-Projektes statt. Ansprechpartner: Michael Münter RB4 Experimentelle Arbeiten zur kontaktlosen optisch-holografischen Druckwellendetektion für die Photoakustische Tomographie (PAT) Die Photoakustische Bildgebung vereint Aspekte der Ultraschallbildgebung und der rein optischen Bildgebung. Anregungs-Laserpulse werden großvolumig in Gewebe appliziert. Durch thermoelastische Expansion der Absorber (z.b. Hämoglobin in Blutgefäßen) entstehen endogene Ultraschall-Druckwellen, die von innen an die Hautoberfläche treffen. Die resultierende Oberflächendeformation wird mit einem weiteren Laser optisch-holografisch abgetastet. Aus der zeitlich und örtlich aufgelösten Oberflächendeformation wird in einem späteren rechnerischen Schritt die räumliche Lage der Absorber rekonstruiert. Die Bachelorarbeit umfasst grundlegende experimentelle Tätigkeiten in einem vorhandenen PAT- Setup mit einem Infrarot-Pulslaser der Klasse IV, wie z.b. Messreihen zur Parameteroptimierung oder Untersuchungen zur Schallgeschwindigkeit im Schweinehautmodell. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Christian Buj 2

3 RB5 Experimentelle Arbeiten zur Evaluierung einer Online Dosimetrie bei der SLT Die Selektive Laser Trabekuloplastik (SLT) ist eine Laseranwendung im Kammerwinkel des Auges, welche den Augeninnendruck von Glaukom-Patienten senkt. Mit einer geeigneten Online- Dosimetrie könnten Unterbehandlungen bei welchen der Therapeutische Effekt ausbleibt vermieden werden, was dazu führen könnte das sich die SLT als Standardmethode gegenüber der medikamentösen Behandlung und invasiver Operationen durchsetzen. Bei der SLT werden kurze Pulse auf dem Trabekelmaschenwerk appliziert, welche zur gezielten Bildung von Mikroblasen in pigmentierten Zellen führt und deren Zelltod herbeiführt. Der Grad an Mikroblasenbildung soll optisch und optoakustisch detektiert werden und als Dosimetrie- Parameter herangezogen werden. Ziel der Arbeit ist die Erweiterung und Optimierung des Vorhanden SLT-Aufbaus. Es sollen mittels Messungen an Phantomen und biologischen Gewebe System-und Algorithmus-Parameter weiter evaluiert werden. Grundkenntnisse und Interesse am Programmieren, in Signalverarbeitung und in Optik sind bei der Bewältigung der voraussichtlichen Aufgaben hilfreich. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines MLL-Projektes statt. Ansprechpartner: Katharina Bliedtner RB6 Experimentelle Arbeiten zur In-Vivo Validierung einer Speckle-Basierten Überwachung für die retinale Photokoagulation Die retinale Photokoagulation ist eine Standardtherapie für zahlreiche Krankheitsbilder, jedoch ist eine Online- Dosimetrie unabdingbar um Überbehandlung und Komplikation zu vermeiden. Eine Alternative zu momentan vorhandene Ansätzen ist die Analyse der Laser Speckle Dynamik während der Bestrahlung. Dazu wird das behandelte Areal mit einen weiterem Laser beleuchtet und durch Streueffekte in den retinalen Schichten entsteht ein zufälliges Interferenzmuster, das Specklemuster, welches von einer Highspeed Kamera erfasst wird. Jegliche Änderung im Gewebe verändert das Specklemuster charakteristisch und somit kann von der Änderung des Specklesignals auf die Schädigung des Gewebes zurückgeschlossen werden. In dieser Arbeit sollen In-vivo Versuche am Kaninchen unterstütz werden. Die optischen Signale, die während der Photokoagulation am lebenden Objekt entstehen, sollen charakterisiert, die bestehenden Evaluationsalgorithmen sowie die Systemparameter auf ihre in-vivo Tauglichkeit untersucht und der Aufbau eventuell entsprechend der neuen Versuchsbedingungen angepasst werden. Grundkenntnisse und Interesse am Programmieren, in Signalverarbeitung und in Optik sind bei der Bewältigung der voraussichtlichen Aufgaben hilfreich. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines MLL-Projektes statt. Ansprechpartner: Eric Seifert 3

4 Arbeitsgruppe Robert Huber RH1 Augen-OCT: Aufbau eines Fourier Domain Mode Locked (FDML) Lasers zur Durchführung von MHz Optischer Kohärenz Tomographie (OCT) Messungen an Patienten OCT ist ein nicht-invasives Bildgebungsverfahren, das heute vorwiegend zur dreidimensionalen Darstellung der menschlichen Netzhaut für Diagnosezwecke verwendet wird. Wir arbeiten in unserer Gruppe daran dieses Verfahren mit Hilfe des von uns entwickelten FDML Lasers zu verbessern, indem wir die Bildgebungsgeschwindigkeit von ~100 khz auf MHz Tiefenscanraten erhöhen und damit Datensätze mit weiterem Bildfeld und dichterer Abtastung ermöglichen. Zusätzlich zu unserem Augen-OCT-System im Labor soll ein weiteres System für den Einsatz in der Klinik aufgebaut werden. Ziel dieser Arbeit ist es, den faserbasierenden FDML-Laser für dieses System aufzubauen. Dabei soll besonderer Wert auf die Integrierbarkeit in ein 19 Rack und die thermische Stabilisierung gelegt werden. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Jan Philip Kolb RH2 Augen-OCT: Aufbau eines Patienteninterfaces zur Durchführung von MHz Optischer Kohärenz Tomographie (OCT) Messungen in der Augenklinik OCT ist ein nicht-invasives Bildgebungsverfahren, das heute vorwiegend zur dreidimensionalen Darstellung der menschlichen Netzhaut für Diagnosezwecke verwendet wird. Wir arbeiten in unserer Gruppe daran dieses Verfahren mit Hilfe der von uns entwickelten FDML Laser zu verbessern, indem wir die Bildgebungsgeschwindigkeit von ~100 khz auf MHz Tiefenscanraten erhöhen und damit Datensätze mit weiterem Bildfeld und dichterer Abtastung ermöglichen. Zusätzlich zu unserem Augen- OCT-System im Labor soll ein weiteres System für den Einsatz in der Klinik aufgebaut werden. Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau des Patienteninterfaces für dieses System. Dabei muss basierend auf vorhandenen Aufbauten eine entsprechende Optik und Mechanik entwickelt werden, um das Gerät für den Einsatz in der Klinik bei Patienten tauglich zu machen. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Jan Philip Kolb 4

5 RH3 Augen-OCT: Entwicklung eines variablen Strahlengangs für Speckle-reduzierte Optische Kohärenz Tomographie (OCT) Messungen OCT ist ein nicht-invasives Bildgebungsverfahren, das heute vorwiegend zur dreidimensionalen Darstellung der menschlichen Netzhaut für Diagnosezwecke verwendet wird. Wir arbeiten in unserer Gruppe daran dieses Verfahren mit Hilfe des in unserer Gruppe entwickelten FDML Lasers zu verbessern, indem wir die Bildgebungsgeschwindigkeit von ~100 khz auf MHz Tiefenscanraten erhöhen und damit Datensätze mit weiterem Bildfeld und dichterer Abtastung ermöglichen. Speckle sind eine 100%tige Intensitätsmodulation in den OCT Bildern, die aufgrund der kohärenten Eigenschaften des verwendeten Laserlichts entstehen und den subjektiven Qualitätseindruck der Daten und die Erkennbarkeit feiner Strukturen reduzieren. Eine Möglichkeit, diese zu verringern ist die Mittelung verschiedener OCT-Datensätze, die mit unterschiedlichen Strahldurchmessern aufgenommen wurden. Um die verschiedenen Strahldurchmesser zu erzeugen ist es nötig zwischen verschiedenen Teleskopen im Strahlengang zu wechseln. Ziel der Arbeit ist es eine Optik und Mechanik zu entwickeln und aufzubauen, die ein möglichst schnelles Umschalten zwischen verschiedenen Strahldurchmessern ermöglicht. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Jan Philip Kolb RH4 Nichtlineare Bildgebung: Frequenzverdopplung eines 1064nm Faserlasers In unserer Arbeitsgruppe wurde ein völlig neuartiger, gepulster Glasfaserlaser aufgebaut, der als Anregungslichtquelle für nichtlineare Mikroskopie dient. Um das Einsatzgebiet dieses Lasers zu erweitern, soll eine optische Anordnung konstruiert und aufgebaut werden, um die Frequenz des Lasers zu verdoppeln. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll dazu der optische Aufbau geplant werden und als abgeschlossene Einheit konstruiert und aufgebaut werden. Zuerst setzen Sie sich dazu unter Anleitung mit den theoretischen Grundlagen zu Frequenz-Verdopplung auseinander. Um wichtige Parameter zu erkennen und zu verstehen, wird dann ein Aufbau mit Standardkomponenten auf einem optischen Tisch aufgebaut, der anschließend in eine kompakte und abgeschlossene Einheit übertragen werden soll. Voraussetzungen für die Arbeit sind großes Interesse an optischen Aufbauten sowie an Elektronik. Hilfreich, aber nicht zwingend notwendig, sind Kenntnisse in Labview und CAD (Solidworks). Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Matthias Eibl 5

6 RH5 Nichtlineare Bildgebung: Aufbau einer präzisen Proben-Positioniereinheit In dem Projekt Nichtlineare Bildgebung werden verschiedene Imaging-Verfahren eingesetzt, um ein Maximum an Informationen über die zu mikroskopierende Probe gewinnen. Im Rahmen dieser multi-modalen Bildgebung setzen wir derzeit die folgenden Verfahren ein: stimulated Raman scattering- (SRS), second harmonic generation- (SHG) und two photon excitation fluorescence- (TPEF) Mikroskopie. Zusammen mit einem Standard-Lichtmikroskop erhält man damit einen umfassenden Einblick in die chemische Zusammensetzung und Struktur der Probe. Da die unterschiedlichen Modalitäten unterschiedliche Anforderungen an die optische Strahlführung haben, soll es einzelne Stationen geben, zwischen denen die Probe verfahren werden muss. Um die Positionierung zu automatisieren, und später im Computer zu registrieren und zu referenzieren, soll eine hoch genaue Positioniereinheit entwickelt und aufgebaut werden. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, eine ca. 1m lange lineare Translationseinheit zu entwickeln, die die Probe mit höchster Genauigkeit bei den einzelnen Stationen positionieren kann. Dazu entwickeln Sie unter Anleitung eine elektrisch angetriebene und mechanisch stabile Basiseinheit, die weitere opto-mechanische Elemente über diese Strecke transportieren kann. Mittels einer Kamera und einfacher Bildauswertung charakterisieren Sie anschließend die Genauigkeit der Positioniereinheit. Interesse an elektro-mechanischen Aufbauten ist Voraussetzung für die Umsetzung der Arbeit. Erste Erfahrungen mit Labview und CAD (Solidworks) sind sehr hilfreich, aber nicht zwingend erforderlich. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Matthias Eibl RH6 Hyperspektrales 3D-OCT Mikroskop Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist ein nicht-invasives Bildgebungsverfahren, welches hochauflösende Tomographien von stark streuendem Gewebe ermöglicht. Die in unserer Gruppe entwickelten Systeme sind in der Lage dreidimensionale optische Kohärenztomographien mit Videoraten aufzunehmen und in Echtzeit zu prozessieren. Aus den erhaltenen Daten lässt sich neben einer Darstellung als Tiefenschnitt auch eine sehr plastisch wirkende Oberflächendarstellungen generieren (Beispiele finden Sie unter Das Ziel dieses Projekts ist es, eine Detektionseinheit mit mehreren Farbkanälen aufzubauen und zu testen. Langfristig (nicht notwendiger Weise Teil der Bachelorarbeit) ist die Integration in ein OCT-System geplant um ein digitales 3D-OP-Mikroskop mit Farbdarstellung zu erhalten. Wünschenswert wäre ein grundlegendes technisches Interesse, da die Arbeit sowohl Optik, Programmierung (Labview) als auch ein wenig Elektronik umfasst. 6

7 Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Tom Pfeiffer Arbeitsgruppe Gereon Hüttmann GH1 Endoskopische Sonden für die optische Kohärenzmikroskopie (OCM) Zur Darstellung von zellulären Strukturen in den Atemwegen soll eine endoskopische Sonde aufgebaut und vermessen werden. Das Gewebe wird hierbei durch eine vor einer Miniaturoptik schwingenden Faser mittels OCM abgetastet. Die Funktionsfähigkeit aller Komponenten wurde bereits demonstriert. Jetzt soll eine komplette Sonde montiert und in Phantomen erprobt werden. Voraussetzung sind sehr großes experimentelles Geschick, ein gutes physikalisches Verständnis und gute Programmierkenntnisse. Die Arbeit kann nur an geeignete Studenten vergeben werden. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Gereon Hüttmann GH2 Sonde für Abstandsmessungen mittels OCT Zur Steuerung eines Roboter gestützten chirurgischen Eingriffes am Augenhintergrund soll eine Miniatursonde aufgebaut werden, die es ermöglicht, den Abstand einer Kanüle zum Gewebe mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern zu vermessen. Die Bachelorarbeit ist Teil eines EUgeförderten Projektes mit der Firma Optomedical Technologies (OpMed). Voraussetzung sind sehr großes experimentelles Geschick, ein gutes physikalisches Verständnis und gute Programmierkenntnisse. Die Arbeit kann nur an geeignete Studenten vergeben werden. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines MLL-Projektes statt. Ansprechpartner: Gereon Hüttmann und Peter Koch GH3 Optimierung des Fokus für die optische Kohärenzmikroskopie Die optische Kohärenzmikroskopie (OCM) ermöglicht mikroskopische Untersuchungen von Gewebe bis in eine Tiefe von mehreren Hundert Mikrometern. Die Bildqualität und Messtiefe hängen dabei direkt von der dreidimensionalen Fokusform ab, dieser kann mittels der Punktspreizfunktion (PSF) beschrieben werden. Die Arbeit soll verschiedene auch neue PSF Messung an Phantomen und Gewebeproben verglichen werden. Voraussetzung sind experimentelles Geschick, ein sehr gutes physikalisches sowie mathematisches Verständnis und gute Programmierkenntnisse. Die Arbeit kann nur an geeignete Studenten vergeben werden. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Gereon Hüttmann und Hinnerk Schulz-Hildebrandt 7

8 GH4 Optische Kohärenztomographie (OCT) für den Hausgebrauch (Point-of-Care OCT) Die optische Kohärenztomographie ist eines der wichtigsten diagnostischen Verfahren in der Ophthalmologie. In diesem Projekt werden die technischen Grundlagen für ein OCT-Gerät geschaffen, mit dem Patienten zu Hause regelmäßig ihre Retina befunden können. Dazu wird ein neues OCT-Bildgebungskonzept, das Methoden der klassischen Bildgebung mit der OCT kombiniert, in einem Laboraufbau erprobt. Für die Bachelorarbeit sind je nach Neigung des Bewerbers folgende Schwerpunkte möglich: 1. Charakterisierung kritischer Komponenten 2. Design und Aufbau von Optiken für den Versuchsaufbau (z.b. Teleskope o.ä.) 3. Bildverarbeitung und Registrierung der mit dem Versuchsaufbau aufgenommenen Bilder. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines MLL-Projektes statt. Ansprechpartner: Gereon Hüttmann und Peter Koch Arbeitsgruppe Norbert Koop NK 1 Automatisierter Aufbau zur Vermessung von Strahlquellen Kohärente und inkohärente Strahlquellen wie Laser, LEDs und Lampen müssen vom Hersteller nach Normen klassifiziert werden. Dafür sind Messungen zur Ermittlung z.b. der Bestrahlungsstärken mit unterschiedlichen Messanordnungen vorgeschrieben. Ziel der Arbeit ist es ein Konzept für Messaufbauten zu erstellen, die systematisch unterschiedliche Strahlquellen beurteilen können. Darüber hinaus ist die Umsetzung zumindest von einem Aufbau zur automatisierten Messung von kohärenter Strahlung geplant. Eine Steuerung soll die Beleuchtungsquelle (Laser), bezüglich der Bestrahlungsstärke auswerten und mit den Grenzwerten der Norm vergleichen. Für die Arbeit ist optisches Grundwissen von Vorteil. Sofern grundlegende Kenntnisse in Programmierung vorhanden sind, ist eine Einarbeitung in LabVIEW problemlos möglich. Ansprechpartner Dipl.-Ing. Norbert Koop koop@bmo.uni-luebeck.de NK 2 Automatisierten Bearbeitung von Kunststoffmembranen durch Excimerlaser. An einer bestehenden Materialbearbeitungsstation sollen Kunststoffsubstrate mit Bohrungen versehen werden. Hierbei ist die reproduzierbare, exakte Positionierung dieser Bohrungen entscheidend für die Qualität des Endproduktes. 8

9 Es soll eine automatisierte, kameragesteuerte Substrat-Positionierung implementiert werden. Die Arbeit umfasst zum einen die Konstruktion von Substrathalterungen mittels 3D-CAD Software. Des Weiteren soll eine Software zur Bilderfassung und Positionierung der Substrate erstellt werden. Die Entwicklung der Software erfolgt mittels des grafischen Programmiersystems LabVIEW unter Einbindung von.net. Neben Interesse an Programmierung und Konstruktionsaufgaben wären Grundlagen in 3D-CAD Anwendungen wie SolidWorks oder Solid Edge wünschenswert. Sofern grundlegende Kenntnisse in Programmierung vorhanden sind, ist eine Einarbeitung in LabVIEW problemlos möglich. Die Arbeit wird am Medizinischen Laserzentrum Lübeck durchgeführt. Ansprechpartner Dipl.-Ing. Christopher Kren 9

10 Arbeitsgruppe Alfred Vogel / Norbert Linz VL1 Optische Durchbruchwellen-Spektroskopie Untersuchung der Wellenlängenabhängigkeit des optischen Durchbruches bei Fokussierung von fs Laserpulsen von 680 nm 1300 nm in Wasser und biologischem Gewebe In diesem anspruchsvollen Projekt sollen Femtosekunden-Lasereffekte im Wellenlängenbereich zwischen 680 nm und 1300 nm untersucht werden. Dafür wird eine von uns entwickelte interferometrische Technik eingesetzt, welche die Detektion laserinduzierter Kavitationsblasen in Reflexion ermöglicht, wobei sowohl der Pump- (fs Laser) als auch der Probelaser (cw Laser) sowie das zurückgestreute Signal durch ein Mikroskopobjektiv fokussiert bzw. eingesammelt werden. Dabei kann aus dem interferometrischen Streusignal des Probelasers zum einen die Schwelle I th zur Blasenbildung bestimmt werden, und zum anderen lässt sich die Blasenwandbewegung mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich evaluieren, so dass präzise Radius-Zeit Kurven R(t) aufgenommen werden können. Werden statt Einzelpulsen Pulsserien appliziert, entstehen langlebige Blasen. Für die Messung der R(t)-Kurven wird die Blaseninterferometrie nun mit Hochgeschwindigkeitsfotografie mit Bildern pro Sekunde verbunden. Für eine exakte Bestimmung der Durchbruchschwellen I th sollen zudem Laserstrahlqualität und Pulsdauer im Fokus charakterisiert werden. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll der experimentelle Aufbau zur Optischen Durchbruchschwellenspektroskopie etabliert werden und nach der Optimierung des Verfahrens zur Untersuchung in Wasser & biologischem Gewebe genutzt werden. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Norbert Linz linz@bmo.uni-luebeck.de 10

11 Arbeitsgruppe Yoko Miura YM1 Untersuchungen zur Rolle von thermosensitiven Proteinen in Zellen des retinalen Pigmentepithels während einer transienten thermischen Stimulation Das Ziel unserer Arbeit ist es zelluläre Prozesse, die nach unterschiedlichen Temperaturstimuli (subletal/letal), in den retinalen Pigmentepithel(RPE)zellen auftreten darzustellen. Die Grundlage für diese Zielsetzung bildet die Überlegung, dass leichte Temperaturerhöhungen möglicherweise den Stoffwechsel positiv beeinflussen und somit die Zellvitalität erhöhen. Subletale Hyperthermie könnte so eine neue therapeutische Strategie zur Behandlung/Vorbeugung unterschiedlicher Augenerkrankungen darstellen. Die Rolle zellulärer Thermosensoren sind hierbei von starkem Interesse. Eine Gruppe von diesen thermosensorischen Proteinen stellen die hochkonservierten TRPV- Kanäle (transient receptor potential vanilloid (TRPV) calcium channels) dar. Von diesen transmembranen Kalzium-Kanälen gibt es vier unterschiedliche Typen (TRPV I-IV), von denen jeder eine unterschiedliche Aktivierungstemperatur aufweist. Die Aktivierung dieser Kanäle löst eine Veränderung der intrazellulären Ca2+ Konzentration aus, welche sich wiederum auf das Verhalten der Zellen auswirkt. Eine erhöhte Ca2+-Konzentration kann zwar zum Zelltod führen, jedoch könnte sie auch Stoffwechselwege aktivieren die dem Überleben der Zellen dienen. Da die Rolle dieser Proteine in RPE-Zellen noch nicht eindeutig gezeigt wurde, würden wir gerne ihr Verhalten und Ihren Einfluss auf die zellulären Reaktionen, nach einem Temperaturstimulus, genauer erforschen. Im Rahmen dieser Arbeit nutzen wir einen Thulim Laser (λ=1940 nm) um die Zellen zu erwärmen. Dieser Aufbau ermöglicht es uns kurzfristig eine Temperaturerhöhung innerhalb streng definierter Zeiträume zu erreichen. Durch Änderungen der angelegten Leistung bzw. der Zeitdauer können hier unterschiedliche Temperaturprofile erzeugt und die Reaktionen der Zellen auf diese Änderungen untersucht werden. Durch die Arbeit an durch physikalische Stimulation erzeugten Zellantworten erhaltet ihr zudem die Möglichkeit interdisziplinär zu arbeiten. Wir freuen uns auf Anfragen von MLS/MIW Studenten. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartnerin : Yoko Miura miura@bmo.uni-luebeck.de und Katharina Kern kern@bmo.uni-luebeck.de 11

12 YM2 Fluoreszenzlebensdauermessungen an retinalen Gewebeexplantaten Dieses Bachelorprojekt befasst sich mit der Durchführung und Auswertung von Fluoreszenzlebensdauermessungen an Gewebekulturen. Fluoreszenzlebensdauer- Mikroskopie (FLIM) ist ein neuartiges Verfahren, das auf der Detektion von Fluoreszenzlebenszeiten von gewebeeigenen Fluorophoren basiert. Als Studienobjekt verwenden wir Explantate, welche aus Schweineaugen gewonnen und über einen längeren Zeitraum in einem Perfusionsaufbau kultiviert werden. In diesem Versuch handelt es sich im Speziellen um Zellen der Retina. In mehreren Versuchsreihen soll die Effektivität der Kultivierung sowie der Einfluss von verschiedenen Versuchsparametern auf die Fluoreszenzlebenszeit untersucht werden. Wir freuen uns auf engagierte und teamfähige Studenten der Studiengänge MIW und MLS. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines MLL-Projektes statt. Ansprechpartner: Yoko Miura 12

13 Arbeitsgruppe Ramtin Rahmanzadeh RR1 Untersuchungen zur intrazellulären Wirkstofffreisetzung nach photochemischer Internalisierung (PCI) Wirkstoffe, die in Zellen eingebracht werden sollen, erreichen oft nicht ihr intrazelluläres Ziel, da sie in endosomalen Strukturen gefangen bleiben. Dies stellt gerade für den intrazellulären Transport von Makromolekülen, wie monoklonalen Antikörpern, ein großes Problem dar. Die in Endosomen gefangenen Stoffe werden später zum großen Teil in Lysosomen abgebaut und somit wirkungslos. Die Photochemische Internalisierung (PCI) bietet hierbei eine effektive Möglichkeit, um Wirkstoffe aus endosomalen Strukturen freizusetzen. Dafür werden Zellen mit einem Photosensibilisator inkubiert, der sich an endosomale Membranen anlagert. Eine anschließende Lichtbestrahlung führt zu einer Auflösung der Membranen und der Freisetzung des endosomalen Inhaltes. Im Rahmen der Bachelorarbeit soll fluoreszenzmikroskopisch die intrazelluläre Lokalisation unterschiedlicher Photosensibilisatoren, die eigens für dieses Projekt synthetisiert wurden, untersucht werden. Anschließend sollen das Vermögen der Photosensibilisatoren zur Wirkstofffreisetzung und ihr Einfluss auf die Zellvitalität unterschiedlicher Zellkulturlinien untersucht werden. Wir freuen uns auf Anfragen von MLS/MIW Studenten, die gerne interdisziplinär arbeiten möchten. Die Bachelorarbeit findet im Rahmen eines BMO-Projektes statt. Ansprechpartner: Ramtin Rahmanzadeh 13

14 Arbeitsgruppe Dirk Theisen-Kunde DTK1 Photoakustische Atemgasanalyse zur Diagnose von Tuberkulose und Lungenkrebs Die Zusammensetzung des Atemgases ist von vielen Faktoren abhängig unter anderem auch von Erkrankungen der Patienten. In diesem von dem BMBF und dem BMWI geförderten Projekt wird die Methode der photoakustischen Gasanalyse evaluiert. Hierbei wird das Atemgas in eine Glasküvette geleitet und mit Laserlicht verschiedener Wellenlängen bestrahlt. Spezifisch zur Molekularstruktur der Gase entsteht eine Schallemission die mit Mikrofonen aufgezeichnet wird. Hieraus kann mit mathematischen Analysen die Zusammensetzung des Atemgases bestimmt werden. Thema dieser Arbeit: Es sollen verschiedene Laser zur Anregung von Kalibriergasmischungen verwendet werden. Diese Messungen werden ausgewertet und in Bezug auf Sensitivität und Zuverlässigkeit miteinander verglichen werden. Die Ergebnisse fließen in die Entscheidung über das zukünftige Konzept der photoakustischen Atemgasanalyse mit ein. Gewünschte Voraussetzungen: Generelles Interesse selbstständig in verschieden Disziplinen (Lasertechnik, Optik, Schall, Messtechnik) zu arbeiten. Grundlegende Kenntnisse zur Auswertung von statistischen Datensätzen sind in diesem Projekt sehr hilfreich. Diese Arbeit wird an der Medizinisches Laserzentrum Lübeck GmbH durchgeführt. Ansprechpartner: Dirk Theisen-Kunde, DTK2 Multivariante Datenanalyse zur Analyse photoakustischer Messungen Die Zusammensetzung des Atemgases ist von vielen Faktoren abhängig unter anderem auch von Erkrankungen der Patienten. In diesem von dem BMBF und dem BMWI geförderten Projekt wird die Methode der photoakustischen Gasanalyse evaluiert. Hierbei wird das Atemgas in eine Glasküvette geleitet und mit Laserlicht verschiedener Wellenlängen bestrahlt. Spezifisch zur Molekularstruktur der Gase entsteht eine Schallemission die mit Mikrofonen aufgezeichnet wird. Hieraus kann mit multivarianter Datenanalyse die Zusammensetzung des Atemgases bestimmt werden. Thema dieser Arbeit: Aufbauend auf vorhandenen Ergebnissen sollen verschiedene Analysen von photoakustischen Messungen vorgenommen werden. Die Messergebnisse sind zunächst für die Auswertung aufzubereiten und danach mittels multivarianter Datenanalyse zu analysieren. Gewünschte Voraussetzungen: Die Arbeit ist besonders für Studierende des Studiengangs MML interessant. Grundlegende Kenntnisse zur Auswertung von statistischen Datensätzen sind in diesem Projekt sehr hilfreich. Diese Arbeit wird an der Medizinisches Laserzentrum Lübeck GmbH durchgeführt. Ansprechpartner: Dirk Theisen-Kunde, 14

15 DTK3 Untersuchung der Zellschädigung an der Retina bei Bestrahlung mit Laserlicht Die Bestrahlung der Retina mit Laserstrahlung ist ein seit langem etabliertes Verfahren. Durch Verwendung von neuen Feedbacksystemen und Lasersystemen kann diese Behandlung für die Patienten schonender durchgeführt werden. In einem durch das BMWI geförderten Projektes werden neue Verfahren zur Bestrahlung der Retina untersucht. Hierbei ist die genaue Untersuchung der Zellschäden im Bereich der Bestrahlung notwendig. Thema der Arbeit: An in vitro Explantaten der Retina (Schwein) werden Versuchsreihen zur Zellschädigung durchgeführt. Es soll die Zellschädigung bei verschieden Laserparametern mittels einer Calcein Färbung der Zellen und Fluoreszenz-Mikroskopie untersucht werden. Gewünschte Voraussetzungen: Generelles Interesse selbstständig mit Gewebeproben und verschieden Disziplinen der Photonik (Lasertechnik, Optik, Fluoreszenz- Mikroskopie) zu arbeiten. Grundlegende Kenntnisse zur Auswertung von Datensätzen sind in diesem Projekt sehr hilfreich. Diese Arbeit wird an der Medizinisches Laserzentrum Lübeck GmbH durchgeführt. Ansprechpartner: Dirk Theisen-Kunde, 15

16 Arbeitsgruppe Norbert Koop NK 1 Automatisierter Aufbau zur Vermessung von Strahlquellen Kohärente und inkohärente Strahlquellen wie Laser, LEDs und Lampen müssen vom Hersteller nach Normen klassifiziert werden. Dafür sind Messungen zur Ermittlung z.b. der Bestrahlungsstärken mit unterschiedlichen Messanordnungen vorgeschrieben. Ziel der Arbeit ist es ein Konzept für Messaufbauten zu erstellen, die systematisch unterschiedliche Strahlquellen beurteilen können. Darüber hinaus ist die Umsetzung zumindest von einem Aufbau zur automatisierten Messung von kohärenter Strahlung geplant. Eine Steuerung soll die Beleuchtungsquelle (Laser), bezüglich der Bestrahlungsstärke auswerten und mit den Grenzwerten der Norm vergleichen. Für die Arbeit ist optisches Grundwissen von Vorteil. Sofern grundlegende Kenntnisse in Programmierung vorhanden sind, ist eine Einarbeitung in LabVIEW problemlos möglich. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Norbert Koop, koop@bmo.uni-luebeck.de NK 2 Automatisierten Bearbeitung von Kunststoffmembranen durch Excimerlaser. An einer bestehenden Materialbearbeitungsstation sollen Kunststoffsubstrate mit Bohrungen versehen werden. Hierbei ist die reproduzierbare, exakte Positionierung dieser Bohrungen entscheidend für die Qualität des Endproduktes. Es soll eine automatisierte, kameragesteuerte Substrat-Positionierung implementiert werden. Die Arbeit umfasst zum einen die Konstruktion von Substrathalterungen mittels 3D-CAD Software. Des Weiteren soll eine Software zur Bilderfassung und Positionierung der Substrate erstellt werden. Die Entwicklung der Software erfolgt mittels des grafischen Programmiersystems LabVIEW unter Einbindung von.net. Neben Interesse an Programmierung und Konstruktionsaufgaben wären Grundlagen in 3D-CAD Anwendungen wie SolidWorks oder Solid Edge wünschenswert. Sofern grundlegende Kenntnisse in Programmierung vorhanden sind, ist eine Einarbeitung in LabVIEW problemlos möglich. Die Arbeit wird am Medizinischen Laserzentrum Lübeck durchgeführt. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christopher Kren, kren@mll.uni-luebeck.de 16