Masterarbeit

Vergleich von Raman-Mikrospektroskopie mit konventionellen Methoden zur Identifizierung von Bakterien

Im Rahmen der Masterarbeit sollen die Raman-spektroskopische Identifizierung mit anderen konventionellen Analysetechniken verglichen werden.

Identifizierung von Naphthalin-abbauenden Bakterien mittels Raman-spektroskopischer Analyse von stabilen Isotopen

Durch Isotopenmarkierungen sind Zielmoleküle in spektroskopischen Analysen lokalisierbar. Im Rahmen der Master-Arbeit soll isotopenmarkiertes Naphthalin zum Einsatz kommen, um den Einfluss auf unterschiedliche Bakterien zu überprüfen.

Detection of drugs in simulated body fluids using the LOC-SERS technique

Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS), known for its high specificity and sensitivity, is combined with a droplet based microfluidic platform. This results in the minimization of the required sample volume and in the increase of the reproducibility of the measurements. The thesis will focus on the detection of drugs with narrow therapeutic range. For this, simulated body fluids mimicking the chemical composition of urine and blood will be employed.

Erforschung kolloidaler Metallnanopartikel für die SERS-Anwendung

Die Grundlage der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (SERS: Surface-enhanced Raman Scattering) sind metallische, nanostrukturierte Substrate. In diesem Projekt soll eine Synthese zur Herstellung von Metallkolloiden durch die Variation der Edukte und der Reaktionsparameter optimiert werden. Die Eigenschaften der resultierenden Nanopartikel werden mittels REM, UV/Vis und SERS untersucht. Zum Vergleich der Qualität werden unterschiedliche Analyten verwendet und die Verstärkungseigenschaften analysiert.

Erforschung eines vereinfachten Assays für den Vor-Ort-Nachweis von Pathogenen

Der Nachweis von Pathogenen soll mit einem vereinfachten Assay basierend auf DNA-Wechselwirkungen realisiert werden. In Hinblick auf ein vor Ort einsetzbares Analysesystem steht die Optimierung der einzelnen Reaktionsschritte und chemischen Komponenten im Fokus der Arbeiten. Darüber hinaus wird der Assay in eine mikrofluidische Plattform integriert und entsprechend validiert.

Partikelbasierte Probenvorbereitungsstrategien zur Anreicherung von Bakterien aus komplexen Matrices

Im Rahmen dieses Projektes werden Bakterien aus komplexen Matrices (z.B. Wasser, Boden, Urin, …) unter Verwendung partikelbasierter Verfahren angereichert. Dazu werden verschiedene Partikeloberflächen und Anbindungsbedingungen wie Pufferzusammensetzung und pH-Wert getestet, um eine erfolgreiche Isolation der Bakterien zu gewährleisten. Die angereicherten Bakterien werden schließlich mit Hilfe chipbasierter bzw. optischer Methoden nachgewiesen.

Nachweis illegaler Farbstoffe in Lebensmittelproben mittels oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie

Um die Sensitivität der molekularspezifischen Raman-Spektroskopie um mehrere Größenordnungen zu erhöhen, kommt die sogenannte oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (surface-enhanced Raman spectroscopy - SERS) zum Einsatz. Diese Technik beruht auf der Anwendung metallischer Nanopartikel bzw. -strukturen. Es sollen Farbstoffmoleküle aus einer komplexen Matrix extrahiert werden und deren Nachweis mittels SERS erfolgen. Der Schwerpunkt kann hierbei auf der Probenvorbereitung oder der SERS-basierten Detektion liegen.

Anwendung mikrofluidischer Aufbauten zum Nachweis gesundheitsgefährdender Stoffe mit SERS

Die sogenannte oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (surface-enhanced Raman spectroscopy - SERS) verbindet die molekulare Spezifität der Raman-Spektroskopie mit einer deutlich erhöhten Sensitivität, die auf der Verwendung von metallischen Nanopartikeln bzw. -strukturen beruht. Schwerpunkt liegt dabei auf der Applikation eines mikrofluidischen Aufbaus in Kombination mit SERS zum quantitativen Nachweis von Analyten. Dabei sollen Metallkolloide oder elektronenstrahllithograpisch-hergestellte Strukturen als Oberfläche für SERS genutzt werden.

Korrelation verschiedener spektroskopischer/spektrometrischer Verfahren

Das Projekt beschäftigt sich wie ein multi-dimensionales Bild einer Probe durch die Kombination verschiedener optischer, spektroskopischer und spektrometrischer Methoden gelingen kann. Die Arbeiten im Projekt sind sowohl experimenteller als auch theoretischer Natur. Dabei wird ein physikalisches und mathematisches Verständnis vorausgesetzt. Es wird eine Einführung in die Chemometrie geben.

Untersuchung zur Merkmalsextraktion aus multimodalen Bildern

Multimodale Bilder, also Kombinationen aus SHG, TPEF und CARS, können für die molekulare Pathologie genutzt werden. Dazu ist es nötig Merkmale aus den Bilder zu gewinnen. Hier soll der Einfluss des benutzten Farbraums auf dieses Verfahren getestet werden. Die Arbeiten in diesem hoch-interdisziplinäre Projekt sind rein theoretisch angelegt. Programmierkenntnisse sind von Vorteil.

Reaction mechanism and kinetics of CORM breakdown

Despite the extremely high toxicity of CO gas, it was found that at low concentrations, CO can cause beneficial physiological effects. To make use of these positive effects, CO-releasing molecules (CORMs) have been developed for conceivable applications as CO carriers to supply a definite amount of carbon monoxide at a predetermined location. However, only very little is known about the exact mechanism of CO release. Within this work, vibrational spectroscopic techniques, such as IR absorption spectroscopy and Raman spectroscopy shall be applied to study the CORM degradation and CO release. The results will be compared to the classical myoglobin assay, an indirect method which follows the conversion of deoxymyoglobin to myoglobin-CO by means of UV-absorption spectroscopy.
The work is embedded in the DFG research group "Heme and heme degradation" and will be performed at the Institute of Photonics Technology (IPHT) and the Center for Sepsis Control and Care (CSCC) at University Hospital.

Surface enhanced Raman spectroscopy of leukocytes

There are several different types of leukocytes which differ in shape, composition and function. Within this project, the potential of surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) shall be investigated for the characterization and differentiation of those cells. In a first part, the uptake of metallic nanoparticles with different size and made from different materials (gold or silver) will be studied and an optimized protocol shall be developed. In a second step, the resulting SERS spectra will be analyzed.
The work will be performed at the ‘Clinical diagnostic spectroscopy’ in the Institute of Photonics Technology (IPHT) and Center for Sepsis Control and Care (CSCC) at University Hospital.

Untersuchung von ungesättigten Fettsäuren in Gewebeproben mit Raman- und FTIR-Imaging

Die Kombination von Raman- und Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie mit örtlicher Auflösung ist ein vielseitig einsetzbares Verfahren der molekularen Bildgebung. Spezifische Raman- und IR-Banden können ungesättigten Fettsäuren in Gewebedünnschnitten zugeordnet werden. Im Rahmen der Arbeit soll die Oxidation der Doppelbindung in Abhängigkeit von Protokollen für die Probenpräparation und Probenlagerung mittels Raman- und FTIR-Imaging untersucht werden.

Kalibrierung eines hochsensitiven Raman-on-chip-Systems

Am IPHT werden Raman-Spektrometer mit Faseroptik und Mikrofluidikchip kombiniert. Im Rahmen einer Masterarbeit soll ein Prototyp kalibriert werden, um Ethanol, Harnstoff, Nikotin und zwei Varianten des Proteins Serumalbumin nachzuweisen. Dazu werden Proben präpariert, mehrere Mess-Serien von Raman-Spektren aufgenommen und mit chemometrischen Verfahren analysiert.

Erforschung neuartiger optischer Fasersensoren für die Chemo-/Bioanalytik

Neuartige mikrostrukturierte optische Hohlfasern stellen miniaturisierte chemische Reaktionsräume dar und kombinieren diesen Vorteil mit einer optimalen Licht-Analyt-Wechselwirkung (Optimierte neuartige Küvetten). In der Masterarbeit sollen Eigenschaften von Fasersensoren für eine hochempfindliche Raman-spektroskopische Chemoanalytik erforscht werden.

Raman-spektroskopische Erforschung von pharmazeutischen Wirkstoffen

Die Raman-Spektroskopie hat ein einzigartiges Potenzial für eine chemische Identifizierung von pharmazeutischen Wirkstoffen sowie deren Interaktionen mit Targetmolekülen in biologischen Zellen. In der Masterarbeit sollen neuartige Wirkstoffe Raman-spektroskopisch erforscht werden.

Charakterisierung von biogenen Vorgängen mittels Gasanalyse

Komplexe Ökosysteme können mittels der Analyse von biogenen Gase und deren Umwandlungsprozessen charakterisiert werden. Neuartige Raman-Gassensoren sind sehr kompakt und erlauben eine in-situ-Charakterisierung verschiedener Gase und flüchtiger Verbindungen. Im Rahmen der Masterarbeit sollen biogene Vorgänge mittels Raman-Gasanalyse (und ggf. GC-MS) untersucht werden.

Fiberbasierte molekulare Bildgebung mit Echt-Zeit Positionserfassung und Datenanalyse

Die Forschungsabteilung Spektroskopie und Imaging des IPHTs erforscht und entwickelt u.a. modernste biomedizinischen Technologien und Verfahren zur Lösung drängender medizinischer Herausforderungen. Hierzu verfolgen wir einen interdisziplinären Forschungsansatz aus Optik, Biophotonik, Computational Science, Chemometrik, Elektronik, Systemtechnologie und Life Sciences. Das Projekt verfolgt zwei wissenschaftliche Ziele: Zum einen soll ein neuer faserbasierten Raman Imaging-Ansatz implementiert, charakterisiert und getestet werden, zum anderen soll die erworbene chemische Informationen von der Probenebene auf dem Visier eines Virtual-Reality-Gerät übertragen und mit einem Kamerabild überlagert werden. Dabei soll als VR-Gerät, beispielsweise ein Android-Gerät dienen, um für den Benutzer eine erweiterte Realität zu erreichen, in der die chemischen Information mit dem Bild der Probenebene überlagert wird. Um diese Ziele zu erreichen, wird innerhalb der Masterarbeit das bestehende faserbasierte Raman-Imaging-System und die Software für die Datenerfassung optimiert sowie die Kombination der erzeugte hyperspektraler Informationen auf einem Android-Gerät vorantreiben. Die Abteilung Spektroskopie / Bildgebung unter der Leitung von Prof. Popp bietet eine hervorragende Infrastruktur, insbesondere auf dem Gebiet der Raman-Spektroskopie und kooperiert mit klinischen Partnern auf nationaler und internationaler Ebene umfassend zu diesen Themen erarbeiten.

Evaluation of parameters influencing the uptake of nanoparticles by macrophages

Macrophages are the type of white blood cells assigned to digests cellular debris, foreign substances, microbes, cancer cells, and anything else that does not have the types of proteins specific of healthy body cells on its surface, in a process called phagocytosis. These cells are part of a standard immune response of the body, and therefore they can be employed as a target to visualize different types of the inflammatory processes (i.e. atherosclerosis) in living organisms using Raman and SERS microscopy. As tags for SERS microscopy suitable noble metal nanoparticles are often employed as SERS active plasmonic materials due the fact that Raman response of the molecule adsorbed on the surface of the nanoparticle gets highly enhanced. In order to bring the concept of Raman microscopy towards the application in atherosclerosis detection and characterization, it is necessary to research various factors influencing the uptake dynamics in order to find the optimum. We are looking for students interested to carry out a Master thesis concerning a topic of synthesis and modification of SERS active nanoparticles and the research of the uptake dynamics of these nanoparticles by macrophages. Final proposals will be adjusted to meet individual skills and preferences upon meeting with interested candidates.