Topics for the Bachelor's and Master's thesis

Untersuchung des Strömungsverhaltens von roten Blutzellen in verengten Kanälen

Das Herz-Kreislauf-System ist ein komplexes Netz verzweigter Gefäße, die das Blut durch unseren Körper transportieren und verteilen. Einige dieser Blutgefäße weisen komplexere Geometrien und Querschnitte auf (z. B. plötzliche Verengungen und Erweiterungen in stenosierten Arterien), die zu einer Veränderung des Blutflusses, zu Verwirbelungen oder zu der Ausbildung von Regionen mit geringer Zelldichte führen können.

Innerhalb dieser Arbeit soll das Strömungsverhalten von Blut in solchen verengten Gefäßen in vitro untersucht werden. Dazu werden sogenannte mikrofluidische Kanäle benutzt, mit welchen die Blutgefäße im Labor imitiert werden. Hierbei soll mittels Mikroskopie untersucht werden, wie sich das Fließverhalten von gesunden und pathologischen Blutzellen im verengten Kanal bei pulsierender Strömung, ähnlich wie im Herz-Kreislauf-System, unterscheidet. Neben der Herstellung der mikrofluidischen Kanäle, der Probenvorbereitung sowie der Untersuchung am Mikroskop, sollen die Messungen mittels sogenannter „particle-tracking-velocimetry“ ausgewertet werden, um so Rückschlüsse auf das Strömungsverhalten einzelner Blutzellen zu erhalten.

Besondere Vorkenntnisse: keine
Ansprechpartner: Dr. Steffen Recktenwald (steffen.recktenwald(at)uni-saarland.de)
Beginn der Arbeit: jederzeit

Delay Time Investigation

In many suspensions of microscopic particles, ranging from cosmetic creams to food dough to oil paints, the suspended sate is only transient. Indeed, unless the densities of particles and fluid are perfectly matched, gravity eventually separates the two phases. In many practical cases with a high concentration of particles, this separation happens as a sudden “collapse” after a long period (sometimes months or years) where no separation was observed. This phenomenon actually defines the life span of many practical products.

Our group recently demonstrated that red blood cells follow the same behaviour on short time scales. This has practical application, since their average sedimentation rate is used as a medical parameter. However, while it is known that the collapse delay time has an intrinsic random component for thermal suspensions, it is not clear whether it is the case for red cells, which are mainly athermal.

Here, we offer you to characterise the variability of the delay time for a given suspension of red blood cells. Moreover, the influence of various parameters unique to red blood cells, such as cell shape and rigidity, will be explored. You will then learn to engineer red cell properties, use automated image analysis to extract simple properties of pictures and possible modelling of the observed scaling laws will be explored.

Besondere Vorkenntnisse: keine
Ansprechpartner: Dr. Thomas John (thomas.john(at)uni-saarland.de), Dr. Alexis Darras (alexis.darras(at)uni-saarland.de)
Beginn der Arbeit: jederzeit

Untersuchung der viskosen Eigenschaften des Hämoglobins in roten Blutzellen

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Frage, wie das Blut in den Adern strömt. Eine zentrale Frage dabei sind die physikalischen Eigenschaften der roten Blutzellen. Im Rahmen der Bachelorarbeit sollen die viskosen Eigenschaften der Flüssigkeit innerhalb der Erythrozyten untersucht werden. Wir haben ein Protokoll erarbeitet, womit die Zellen auf kontrollierte Art und Weise aufgebrochen werden und die innere Flüssigkeit freigesetzt wird. Diese soll dann mit einem modernen, computergesteuerten Kugelfallviskosimeter und Rotationsviskosimeter für verschiedene Verdünnungsgrade untersucht werden.

Neben der normalen Laborarbeit zur selbständigen Aufbereitung der Proben werden Sie in die "State of the Art"-Messmethoden zur Flüssigkeitscharakterisierung eingearbeitet und lernen viel über komplexe Flüssigkeiten und über die Blutströmung.
Bild: Annie Cavanagh, CC BY-SA 4.0 creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons

Besondere Vorkenntnisse: keine
Ansprechpartner: Dr. Thomas John (thomas.john(at)uni-saarland.de)

Kalibrierung und Optimierung einer optischen Pinzette - Vergeben

! Vergeben ! Als wichtiges Arbeitsmittel zur kontaktlosen Bewegung von Zellen und Kügelchen haben wir in der Arbeitsgruppe eine holographische optische Pinzette. Mit Hilfe eines Spatial Light Modulators (SLM) im Strahlengang wird infrarotes Laserlicht aufgespalten, dieses wird in das Objektiv eingekoppelt und somit gebündelt. Die Aufspaltung des Lichtes erlaubt es, mit einem Laserstrahl mehrere optische Fallen in der Fokusebene gleichzeitig zu generieren. Es existiert schon ein Matlab-Programm welches den SLM ansteuert und wahlweise Fallen erzeugt. Es existieren jedoch bessere mathematische Algorithmen, welche die Laserleistung effizienter auf die gewünschten Fallen verteilt. Das nebenstehende Bild und weitere Informationen finden Sie unter Dynamic Holographic Optical Tweezers.

Sie sollen unsere optische Pinzette justieren und kalibrieren. Des Weiteren sollen angesprochene Algorithmen implementiert und getestet werden. Sie erhalten dadurch einen tieferen Einblick in den Aufbau und die Funktionsweise von holographischen optischen Pinzetten.
Besondere Vorkenntnisse: Objekt-orientierte Programmierung, Matlab
Ansprechpartner: Thomas John

Untersuchung der Wechselwirkung von Fluoreszenzfarbstoffen mit Hämoglobin

Fluoreszenzmikroskopie und Konfokalmikroskopie erlauben die kontaktlose Untersuchung von lebenden Zellen unter Verwendung von Fluoreszenzindikatoren und Biomarkern. Die Anregungs- und Fluoreszenzspektren dieser Farbstoffe liegen meist im UV-VIS Bereich und überlappen daher mit dem Absorptionsspektrum des roten Blutzellfarbstoffs Hämoglobin. Insbesondere Volumenanpassungen roter Blutzellen verändern sowohl die Farbstoffkonzentration als auch die Hämoglobinkonzentration mit weitreichenden Konsequenzen für die mikroskopischen Methoden.
Im Rahmen der Bachelorarbeit sollen mit vorwiegend spektroskopischen Methoden die Wechselwirkungen zwischen Fluoreszenzfarbstoffen im UV-VIS Bereich und dem Hämoglobin untersucht werden.
Bildquelle: Kaestner et al., Cell Calcium, 39, 13-19.

Besonderheiten: Kooperation mit dem Lehrstuhl für Biophysikalische Chemie
Ansprechpartner: Prof. Dr. Lars Kaestner (lars.kaestner(at)uni-saarland.de)
Beginn der Arbeit: jederzeit

Separation roter Blutzellen nach ihren Deformationsklassen – Aufbau eines automatisierten Systems

Rote Blutzellen zirkulieren in unserem Körper durchschnittlich 115 Tage. Dabei verändern sie sich. Diese dynamischen Prozesse betreffen die Dichte der Zelle, Veränderungen in deren Proteinen und die Deformierbarkeit der Zellen. Diese soll ausgenutzt werden, um die Zellen entsprechend ihres Alters zu separieren. Dabei soll die Filtrierbarkeit der Zellen ausgenutzt und in ein automatisiertes System überführt werden. Für diese Arbeit existieren zahlreiche Vorarbeiten und sie ist in die aktuellen Arbeiten am Institut eingebettet.
Bildquelle: Cysmic GmbH
Besonderheiten: Kooperation mit dem Start-up Cysmic im Starterzentrum
Ansprechpartner: Prof. Dr. Lars Kaestner (lars.kaestner(at)uni-saarland.de)
Beginn der Arbeit: jederzeit