Multiplex-CARS-Mikroskopie zur schnellen und Raman-äquivalenten Charakterisierung biologischer Proben

Die nichtlineare Multiplex Coherent Anti Stokes Raman Scattering- (MCARS)-Mikroskopie bietet auch ohne den Einsatz von Kontrastmitteln eine schnelle Möglichkeit zur Charakterisierung von Materialien und biologischen Proben. Dennoch bestanden im Verglich zur spontanen Ramanmikroskopie methodische Schwierigkeiten wie z.B. das Rekonstruieren der Raman-Information aus den bei CARS durch Interferenzeffekte verfälschten Spektren und das effiziente Analysieren von Daten für die chemisch-selektive Bildgebung1. Um diese Einschränkungen zu umgehen, wird in dieser Arbeit eine Vergleichsstudie zwischen zwei in der Fachliteratur für die Phasenrekonstruktion vorgeschlagenen Algorithmen durchgeführt. Zusätzlich werden neue Methoden zur Datenauswertung präsentiert, die das gesamte Schwingungsspektrum nutzen, um auch schwache Beiträge unterschiedlicher Probenbestandteile für die chemisch-selektive Bildgebung zu nutzen. Deren Anwendung auf Hirngewebe von Mäusen erlaubt die Unterscheidung zwischen biologischen Komponenten analog zu den Informationen, die von HE-gefärbten Referenzpräparaten geliefert wurden. Der direkte Vergleich mit der spontanen Ramanmikroskopie zeigt, dass MCARS in der Lage ist, mit einem relevanten Geschwindigkeitsvorteil Raman-äquivalente Informationen über die Probe zu liefern

IfP-News: Aktuelle Informationen des Institutes für Produktionstechnik

Nr. 25 doppelt vergebe

Application of dielectric material characterization on the detection of physiologically relevant dehydration effects

In dieser Dissertation wird eine Messinfrastruktur vorgestellt, mit der die Detektion von physiologisch relevanten Dehydrationsschwankungen des menschlichen Körpers innerhalb einer Studie ermöglicht wird. Im Gegensatz zu vielen bereits publizierten Ansätzen zur Dehydrationsdetektion erlaubt das vorgestellte System die spektroskopische Beobachtung einer Messstelle am Körper im Mikrowellenbereich. Es wird im Allgemeinen davon ausgegangen, dass bei einer Schwankung im Hydrationshaushalt des Menschen die elektromagnetischen Eigenschaften von biologischem Gewebe im Körper verändert werden. Um diese Hypothese im Rahmen von statistisch signifikanten, groß angelegten Probandenstudien überprüfen zu können, ist es notwendig, auf kompakte, kosteneffiziente Messsysteme zurückgreifen zu können. Im Gegensatz zu kommerziell erhältlicher Messausstattung, welche nur eine Messstelle anbietet, eröffnen kosteneffiziente Kleinsysteme die Möglichkeit einer starken Parallelisierung der Messaufgabe. Mit dem vorgestellten Messsystem kann so den logistischen Anforderungen groß angelegter Studien entsprochen werden. Um den Zusammenhang zwischen Dehydrationsgrad und Änderung der Materialeigenschaften herzustellen, werden mehrere neuartige Modellierungsmethoden vorgestellt und miteinander verglichen. Auf der Basis dieser Modelle wird schließlich eine Sensorstruktur entworfen, welche empfindlich auf diese dielektrischen Materialänderungen reagiert. Die Kombination dieser Sensorstruktur mit einer entsprechenden Messschaltung ermöglicht es schließlich, Änderungen der elektromagnetischen Eigenschaften eines Materials quantitativ zu erfassen, wodurch sich das neu geschaffene Messsystem für die Verwendung in einer Stu- die auszeichnet. Mithilfe einer speziell angepassten, binären Flüssigkeitsmischung, welche die Emulation geschätzter physiologisch relevanter Hydrationsschwankungen erlaubt, werden sowohl ein einzelner Sensor als auch ein gesamtes Messsystem auf ihre Funktion hin überprüft. Die messtechnisch verifizierte Funktionalität und die aus statistischer Auswertung von Messdaten abgeleitete Systemempfindlichkeit erlaubt es, ein Auflösungsvermögen von etwa 0,41 % bis 0,67 % einer Hydrationsschwankung von biologischem Gewebe anzugeben. Durch die erreichte Empfindlichkeit des realisierten Messsystems wird die Eignung für einen Einsatz in Probandenstudien bestätigt und ermöglicht so weitere Erkenntnisse auf dem Gebiet der Medizin und der Materialwissenschaften.In this thesis, a measurement infrastructure for the detection of physiological relevant dehydration levels of the human body will be presented. This measurement infrastructure is especially suited and designed for human studies with a huge number of test subjects to get statistically significant results. In contrast to many published methods concerning dehydration detection, the presented system allows for a compact, dielectric analysis in the microwave region. It is commonly assumed that the dehydration itself alters the electromagnetic properties of biological materials inside the human body. To prove this hypothesis, a compact and cost efficient measurement system is proposed which enables a parallelization process in the context of medical studies. Unlike for commercially available equipment, where cost efficiency is the limiting factor of setting up a big study, the proposed system can easily be scaled in its number of measurement units. For this purpose, the correlation between the level of dehydration and the change in material parameters will also be modeled thoroughly. Afterwards, a dielectric sensitive sensor structure will be designed and specifically adopted to the measurement situation. This sensor will be combined with a appropriate measurement circuit to quantify the changes in material properties. Furthermore, a phantom liquid, which emulates physiological relevant variation, is developed to verify and characterize the proposed sensor structure and the measurement system in a controlled laboratory environment. The proven functionality and statistical measurements of the system response allow for a performance estimation. For the proposed system, a minimum physiological change in hydration of 0,41 % to 0,67 % can be detected. This sensitivity confirms the suitability for human studies and hence, enables further investigations in medicine and material sciences

Einfluss von Licht und Temperatur auf die Kultivierung von Mikroalgen - Auslegung und Betrieb von Freiland-Pilotanlagen zur Bestimmung prozessrelevanter Kinetiken

Die großtechnische Produktion von Mikroalgen wird von den klimatischen und prozessspezifischen Bedingungen beeinflusst. In dieser Arbeit wurde einerseits die Auslegung und die Inbetriebnahme einer neuartigen Freiland Pilotanlage behandelt und anderseits der kombinierte Einfluss von Licht und Temperatur auf das Wachstums- und Produktbildungverhalten untersucht. Durch die Modellierung des Wachstums unter Freilandbedingungen wurde die Grundlage für eine weitere Prozessoptimierung geschaffen

Dresdner Universitätsjournal

"Dresdner Universitätsjournal" vom 03. März 201

Röntgendiffraktometrische Charakterisierung von Germanium-Nanokristalliten auf und in Siliziumkarbid

In der vorliegenden Arbeit wunden aufgewachsene und in ca. 100nm Tiefe von vergrabene Germanium-Nanokristallite charakterisiert, die mittels Molekular-Strahl-Epitaxie und Ionen-Implantation mit anschließender Temperaturbehandlung erzeugt wurden. Die Messungen wurden an einem Synchrotron der dritten Generation, der ESRF in Grenoble, mit coplanarer Röntgendiffraktomerie durchgeführt. Es wurde die gemittelte Nanokristallit-Größe und die Orientierung in normale und laterale Richtung bestimmt. Der Germanium-Gehalt in den Nanokristalliten wurde unter Ausnutzung der anomalen Dispersion von Germanium bestimmt. Die vergrabenen Nanokristallite sind zeitlich nicht stabil, eine Größenzunahme in alle Richtungen ist wahrscheinlich