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Leitung: Prof. Dr. Beate Röder

Humboldt-Universität zu Berlin
Institut für Physik
AG Photobiophysik
Newtonstraße 15
12489 Berlin

roeder@physik.hu-berlin.de

Tel.: 030 - 2093 7625
Fax: 030 - 2093 7666

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Unsere Gruppe

Bachelorarbeiten

Charakterisierung von Einbettungspolymeren von PV-Modulen mittels Lumineszenzspektroskopie

Im Rahmen des Verbundprojektes LAURA (Langlebige Qualitätsmodule für PV-Systeme) in Zusammenarbeit mit der Solarworld Innovations GmbH sollen verschiedene Formulierungen des EVA-Einbettungspolymers für Solarmodule auf ihre Alterungseigenschaften untersucht werden. Dazu werden in der Arbeitsgruppe Photobiophysik verschiedene Methoden der Lumineszenzspektroskopie genutzt.

In dieser Arbeit sollen die:

  • Emissions-Anregungsspektren
  • Lumineszenzanisotropie
  • ortsaufgelösten Lumineszenzspektren (konfokales 2D-Scanning)

in Glas/EVA/Glas-Modellen unter verschiedenen Alterungsbedingungen untersucht werden.

konfokal

Schema des konfokalen 2D-Lumineszenzmesskopfes

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Photophysikalische Charakterisierung potenzieller Photosensibilisatormoleküle

Thema für eine Bachelorarbeit

Im Rahmen eines Industrieprojektes sollen verschiedene Photosensibilisatoren untersucht und photophysikalisch charakterisiert werden. Hierbei stehen die Absorptionseigenschaften und die photosensibilisierte Generierung von Singulettsauerstoff in unterschiedlichen Lösungsmitteln im Mittelpunkt.

Beginn: sofort möglich (April 2014).

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Laserpuls-Kontrolle von Energietransfer in molekularen Systemen gekoppelt an metallische Nanoteilchen

Die starke Polarisierbarkeit von metallischen Nanoteilchen über die sogenannten Plasmon-Anregungen ihrer Elektronen führt zu einer massiven Verstärkung von äusseren elektromagnetischen Feldern in der Nähe der Nanoteilchen. Diese Feldverstärkung resultiert z.B. in einer drastischen Erhöhung der Photoabsorption von Molekülen.

Verschiedene ein- und zweidimensionale Molekülkomplexe, welche sich in der Nähe einzelner oder mehrer Nanoteilchen befinden, sollen bzgl. ihrer optischen Anregung und des resultierenden Energietransfers zwischen den angeregten Molekülen untersucht werden. Diesbezügliche Simulationen sind von grossem Interesse hinsichtlich der Manipulation optischer Anregungen auf einer Nanometer-Skala.

Die Arbeit begleitet Untersuchungen, die im Rahmen des am Institut für Physik angesiedelten Sonderforschungsbereiches "Hybrid Inorganic/Organic Systems for Opto-Electronics" ausgeführt werden.

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Triplet-Exzitonen-Bildung über Singulett-Exzitonen-Zerfall

Die Umsetzung eines absorbierten Photons in mehrere Elektron-Loch-Paare ist wesentlich für die Effizienzsteigerung von organischen Solarzellen. in diesem Zusammenhang fand im letzten Jahr der als ''singlet-fission'' bekannte Prozess grosse Aufmerksamkeit. Mit ''singlet-fission'' ist der Zerfall der Singulett-Anregung eines Moleküls in die Triplett-Anregung von zwei Molekülen gemeint. Der Zerfall setzt voraus, dass die Energie des ersten angeregten Singlett-Zustandes doppelt so gross ist wie die des ersten Tripletzustandes. Das ist z.B bei Tetracen-Molekülen der Fall.

Verschiedene Details dieses Prozesse - auch im Hinblick auf die möglichen Spinkonfigurationen - sollen auf der Basis eines parametrisierten Modells untersucht werden. Die Komplexität der Fragestellung erlaubt eine Weiterführung als Master-Arbeit

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Optimierung eines Messplatzes zur zeit- und spektral-aufgelösten Messung von Singulettsauerstoff Phosphoreszenz

Flashph

Die Photodynamische Therapie ist eine mittlerweile etablierte Methode zur Bekämpfung von Hautkrankheiten und Tumoren. Entscheidende Rollen spielen dabei der Photosensibilisator, eine an sich nicht toxische Substanz, und der Sauerstoff, der sich in allen Zellen befindet. Wird der Photosensibilisator durch Licht angeregt, überträgt er seine Anregungsenergie an den Sauerstoff, der daraufhin von seinem Triplett-Grundzustand in den angeregten, sehr reaktiven (und damit toxischen) Singulettzustand übergeht.

Im diesem Kontext ist der direkte Nachweis von diesem Singulettsauerstoff über seine Phosphoreszenz eine Grundlage unserer Forschung. Dieser Nachweis ist nicht nur durch die Wellenlänge von 1270nm herausfordernd, sondern auch durch die sehr geringe Effizienz von 10-5.

Im Rahmen einer vorherigen Bachelorarbeit wurde ein Messplatz zur zeit- und spektral-aufgelösten Messung von Singulettsauerstoff Phosphoreszenz aufgebaut und erste Erprobungsmessungen durchgeführt. Dieser besteht aus einem Halbleiterdetektor, einem Monochromator, einem Laser zur Probenanregung und abbildender Optik. Im Zuge einer Bachelorarbeit soll an dem bestehenden Messplatz die Einkopplung des zu detektierenden Lichts in den Monochromator sowie die Abschirmung von Störlicht optimiert werden. Außerdem soll eine LabView-basierte Software zur Messung und Steuerung des Messplatzes entwickelt werden.

Neben optischen und mechanischen Problemen, die zu lösen sind, ist die Einarbeitung in eine neue Programmierplattform, LabView, und das Erstellen einer neuen Detektionssoftware auf dieser Plattform eine Herausforderung. Dabei gibt es Hilfestellung durch erfahrene LabView Programmierer der AG PBP.

Voraussetzung sind zum einen Interesse an experimenteller, technischer Arbeit und zum anderen Grundlegenden Kenntnisse einer beliebigen Programmiersprache und Interesse an dem Erlernen neuer Programmiersprachen.

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Triplet-Exzitonen-Bildung über Singulett-Exzitonen-Zerfall

Die Umsetzung eines absorbierten Photons in mehrere Elektron-Loch-Paare ist wesentlich für die Effizienzsteigerung von organischen Solarzellen. in diesem Zusammenhang fand im letzten Jahr der als ''singlet-fission'' bekannte Prozess grosse Aufmerksamkeit. Mit ''singlet-fission'' ist der Zerfall der Singulett-Anregung eines Moleküls in die Triplett-Anregung von zwei Molekülen gemeint. Der Zerfall setzt voraus, dass die Energie des ersten angeregten Singlett-Zustandes doppelt so gross ist wie die des ersten Tripletzustandes. Das ist z.B bei Tetracen-Molekülen der Fall.

Verschiedene Details dieses Prozesse - auch im Hinblick auf die möglichen Spinkonfigurationen - sollen auf der Basis eines parametrisierten Modells untersucht werden. Die Komplexität der Fragestellung erlaubt eine Weiterführung als Master-Arbeit

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Singulettsauerstoffkinetiken unter physiologischen Bedingungen

Sauerstoff spielt eine zentrale Rolle im Energie- und Stoffwechselhaushalt des Lebens auf der Erde. Singulettsauerstoff ist die erste elektronisch angeregte Form des molekularen Sauerstoffs. Er ist eine der reaktiven Sauerstoffspezies und t an der Steuerung wichtiger biologischer Prozesse beteiligt, wirkt aber auch zytotoxisch und trägt zu Sonnenbrand und zahlreichen Alterungserscheinungen der Haut bei.

Flashph

Der Meßplatz ist
modular aufgebaut, was die Erweiterung erleichtert

Medizinisch wird Singulettsauerstoff unter Nutzung des photodynamischen Effekts zur Behandlung verschiedener Krankheiten (unter anderem Krebs) genutzt.

Trotz weltweit ständig steigenden Interesses und wachsender Aktivitäten auf dem Gebiet der Singulettsauerstoff-Forschung, können nur die wenigsten Forschergruppen Singulettsauerstoff direkt nachweisen, da die charakteristische Lumineszenz im Nahen Infrarot-Bereich liegt und extrem schwach ist. Die AG PBP ist weltweit führend, was den spektroskopischen Nachweis kleinster Mengen Singulettsauerstoff angeht und will diese Position weiter ausbauen.

Informationen zu Singulettsauerstoffkinetik finden Sie z.B. hier

Im Gewebe herrschen normalerweise andere Verhältnisse, was Temperatur und Gasgemisch (37°C, 10% Sauerstoff, 5% Kohlendioxid) angeht, als im Labor. Dabei ist die Temperatur von besonderer Bedeutung, da die Sauerstoff-Löslichkeit in Wasser sehr stark von der Temperatur abhängt. Es soll ein Modul zu einem bestehenden (in der AG entwickelten) Messplatz angefertigt und erprobt werden, das eine Temperierung und gezielte Begasung der Proben ermöglicht.

Als erstes Beispiel soll die Temperaturabhängigkeit der Singulettsauerstoffkinetik in Wasser für bekannte Farbstoffe untersucht werden. Von besonderem Interesse ist, ob farbstoffunabhängige Trends nachgewiesen werden können, die zur Abschätzung der lokalen Sauerstoffkonzentration aus der Lumineszenzkinetik genutzt werden können.

Interessenten melden sich bitte bei:

Bestimmung von Singulettsauerstoff-Referenzquantenausbeuten

Die Photodynamische Therapie ist eine etablierte Methode zur Behandlung von Hauterkrankungen und Tumoren. Eine entscheidende Rolle spielen dabei der Photosensibilisator, eine nicht toxische Substanz, und der Sauerstoff, der sich in allen Zellen befindet. Wird der Photosensibilisator durch Licht angeregt, überträgt er seine Anregungsenergie an den Sauerstoff, der daraufhin von seinem Triplett-Grundzustand in den angeregten, sehr reaktiven und damit toxischen Singulettzustand übergeht.

In diesem Kontext ist der direkte Nachweis von Singulettsauerstoff über seine Phosphoreszenz ein wesentlicher Aspekt der Forschung in der AG PBP. Dieser Nachweis ist nicht nur durch die Wellenlänge von 1270nm herausfordernd, sondern auch durch die sehr geringe Effizienz von 10-5.

Flashph

Viele der in der Literatur zu findenden Singulettsauerstoff-Quantenausbeuten sind älteren Datums, oftmals widersprüchlich und zudem meist ausschließlich in organischen Lösungsmitteln bestimmt. Aus diesem Grund ist eine aktuelle, hochpräzise Bestimmung der Quantenausbeuten von häufig verwendeten Photosensibilisatoren in homogenen und heterogenen Systemen (z.B. in Liposomen oder Mizellen als Modelle für zelluläre Membranen oder Arzneimitteltransportsysteme) von allgemeinem Interesse.

Diese Daten sollten in einer bereits vorhandenen Datenbank, die auch noch überarbeitet werden kann, für die Arbeitsgruppe komfortabel abrufbar gemacht werden. Außerdem ist die Publikation der Daten geplant.

Die Arbeit ist als Bachelorarbeit mit Weiterführung zur Masterarbeit durchführbar.

Vorraussetzungen: Interesse an experimenteller Arbeit und Erfahrung oder Interesse an Datenauswertung und –aufbereitung sind wünschenswert.

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