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Der Jahresbericht als App für das iPad
Forschung, Entwicklung und ausgewählte Veranstaltungen am IPHT werden unterstützt von:
HORIZON 2020
Prof. Dr. Jürgen Popp // Wissenschaftlicher Direktor Frank Sondermann // Kaufmännischer Direktor
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
» der vorliegende Jahresbericht prä-
sentiert sich in einem neuen Gewand:
Neben der Printausgabe, welche in
Form eines Magazins ausgewählte
Höhepunkte des vergangenen Jahres
beleuchtet, erscheint der gesamte Be-
richt – inklusive ausführlicher Beiträge
zu aktuellen Forschungsergebnissen
sowie zusätzlichem Videomaterial –
erstmalig als iOS-App für das iPad
(weitere Formate werden folgen).
Wie gewohnt können alle Inhalte
selbstverständlich auch über unsere
Webseite unter www.ipht-jena.de
als PDF heruntergeladen und gelesen
werden. Durch die Nutzung dieser
unterschiedlichen Veröffentlichungs-
wege möchten wir einer breiteren
Zielgruppe die Lektüre ermöglichen
und zwar unabhängig von den bevor-
zugten Lesegewohnheiten eines jeden
Einzelnen. Neu ist zudem, dass der
Jahresbericht erstmalig separiert als
eigenständige deutsche und englische
Version erscheint.
Wie bereits in den letzten Jahren
möchten wir Ihnen mit dieser Lektüre
einen Überblick über aktuelle For-
schungsarbeiten und strategische Ent-
wicklungen am IPHT geben. Die hier
dargestellten Erfolge wären ohne die
kontinuierliche Förderung seitens des
Freitsaat Thüringens und der Bundes-
regierung nicht möglich. Dafür möch-
ten wir uns herzlich bedanken. Unser
Dank gilt zudem all unseren Partnern
mit denen wir in Forschungsprojekten,
in Verbünden und Netzwerken stets
gut und auf einer vertrauensvollen
Basis zusammenarbeiten.
Seit seiner Gründung befindet sich
das IPHT in einem Prozess der Wei-
terentwicklung und der Profilschär-
fung. In all diesen Jahren konnten wir
uns stets auf entscheidende Konstan-
ten verlassen: die Bereitschaft und
der Wille seitens des wissenschaft-
lichen Beirates, des Kuratoriums und
der Mitglieder, uns auf unserem Weg
beratend zu unterstützen sowie das
großartige Engagement unserer Mit-
arbeiterinnen und Mitarbeiter, diesen
Weg mit uns gemeinsam zu beschrei-
ten. All diesen Personen und Gremien
gilt unser ganz besonderer Dank.
Prof. Dr. Jürgen Popp
Wissenschaftlicher Direktor
Frank Sondermann
Kaufmännischer Direktor
08 | Optische Medizintechnik – Jürgen Popp und Michael Bauer im Gespräch
Prof. Dr. Jürgen Popp, wissenschaftlicher Direktor des IPHT, und Prof. Dr.
Michael Bauer, stellvertretender Direktor der Anästhesiologie und Inten-
sivmedizin am Universitätsklinikum Jena, arbeiten seit vielen Jahren auf
dem Gebiet der Biophotonik mit dem Schwerpunkt auf optischer Medizin-
technik zusammen. Im Universitätsklinikum Jena trafen sie sich zum
Gespräch, um Bilanz zu ziehen und einen Blick in die Zukunft zu wagen.
22 | Das IPHT im Weltraum
Ein thermoelektrischer Sensor des
IPHT ist einer von vielen Bauteilen,
das 2004 mit der ESA-Mission Ro-
setta ins All geschickt wurde. 2014
landete er auf dem Kometen Tschuri.
Dort soll der Sensor die Oberflächen-
temperatur des Kometen messen –
und das auf ein Zehntel Kelvin.
05 | Entdecken Sie den Jahres- bericht als App!
06 | Jahresrückblick 2014
08 | Optische Medizintechnik – Jürgen Popp und Michael Bauer im Gespräch
12 | Infektionsdiagnostik
16 | Raman4clinics
17 | Medicars – Ein kompaktes Mikroskop für die medizi-nische Diagnostik
18 | Faserbasierte Spektros-kopie – Ein Schlüssel für die individuelle Behandlung von Gefäßerkrankungen
22 | Das IPHT im Weltraum
26 | Mikro- und Nanotechnolo-gien aus dem Reinraum
28 | Mit Licht die Energiezu-kunft gestalten
32 | Wissenschaftliche Beiträge in der App
34 | Chancengleichheit
35 | Bewusstsein für die Ver-einbarkeit von Familie und Beruf
36 | Ausgezeichneter Nach-wuchs
38 | 24. Internationale Konferenz für Raman- Spektroskopie
40 | Regional verwurzelt – international vernetzt
42 | Kennzahlen 2014
44 | Das IPHT feiert das Inter-nationale Jahr des Lichts
46 | Organigramm
46 | Forschungseinheiten
47 | Wissenschaftlicher Beirat
48 | Mitglieder des IPHT
49 | Finanzen des Institutes 2014
50 | Personalzahlen
51 | Impressum
Inhalt
18 | Faserbasierte Spektros-kopie – ein Schlüssel für die individuelle Behandlung
Die Faseroptik und Biophotonik
stehen für zwei von drei For-
schungsschwerpunkten des IPHT.
Um die In-vivo-Diagnose und
Therapie von kardiovaskulären
Erkrankungen zu optimieren,
haben Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler des IPHT
ihr Know-how aus den beiden
Forschungsschwerpunkten zu-
sammengeführt. Ein spannendes
Projekt in dem eine Vielzahl von
Grenzen überschritten werden.
» Die IPHT-App für iPads ist ab sofort im App-Store verfügbar. Neben den
Inhalten der gedruckten Ausgabe des Jahresberichtes enthält die praktische
App aktuelle wissenschaftliche Beiträge aus den Forschungsschwerpunkten
Biophotonik, Faseroptik und Photonische Detektion. Multimediale Features und
ein detaillierter Anhang, inkl. einer vollständigen Liste der Publikationen ergän-
zen das inhaltliche Angebot. Zudem informiert ein integrierter Newsfeed stets
über aktuelle Meldungen und Pressemitteilungen aus dem IPHT. Versionen für
weitere Devices erscheinen in Kürze.
Entdecken Sie den Jahresbericht als App!
Installationsanleitung:
1. Öffnen Sie auf Ihrem iPad den App-Store
2. Geben Sie im Suchfeld den Begriff „IPHT“ ein und wählen in der Trefferliste die IPHT-App aus.
3. Klicken Sie auf den Button „Laden“. Der Installati-onsvorgang startet an-schließen automatisch.
Dieses Symbol verweist in der
Printausgabe auf weiterführen-
des Material (wie zum Beispiel
wissenschaftliche Beiträge
zum Thema oder Videos) in der
App.
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Jahresrückblick 2014Seit nunmehr einem Jahr ist das IPHT Mit-
glied in der Leibniz-Gemeinschaft und hat
seinen Platz innerhalb der Gemeinschaft ein-
genommen. Der Beitritt hat unter anderem
zu einer besseren Sichtbarkeit des Institutes
innerhalb der nationalen und internationa-
len Forschungslandschaft beigetragen. »
» Das IPHT profitiert zum einen
von dem exzellenten Ruf der Leibniz-
Gemeinschaft und zum anderen von
den guten Vernetzungspotenzialen
innerhalb der Gemeinschaft: vorhan-
dene wissenschaftliche Kooperationen
mit anderen Leibniz-Instituten wur-
den intensiviert; neue gemeinsame
Projekte befinden sich gegenwärtig
im Aufbau bzw. in der Planungsphase.
Der vom IPHT koordinierte Leibniz-
Forschungsverbund „Medizintechnik:
Diagnose, Monitoring und Therapie“
hat im Jahr 2014 offiziell seine Arbeit
aufgenommen. Dabei lag die Haupt-
aufgabe zunächst darin, die gesteck-
ten Ziele zu konkretisieren und eine
klare Vision für die kommenden fünf
Jahre aufzuzeigen. Das IPHT enga-
giert sich innerhalb des Verbundes
schwerpunktmäßig in den Arbeits-
gruppen „Point-of-Care-Diagnostik“
und „Multimodale Bildgebung“. Die
Aktivitäten stehen dabei im Einklang
mit dem strategischen Ziel des IPHT
sich auf dem Gebiet der „Optischen
Medizintechnik“ als zentralen Akteur
innerhalb der Forschungslandschaft zu
etablieren. Gemeinsam mit Partnern
soll die komplette Wertschöpfungsket-
te von der Grundlagenforschung bis
zum Transfer in die Industrie abge-
deckt werden. Hervorzuheben ist in
diesem Zusammenhang das Enga-
gement des Institutes innerhalb des
Leibniz-Wissenschaftscampus „In-
fectoOptics“ (u.a. gemeinsam mit der
Universität Jena, Universitätsklinikum
Jena und dem Hans-Knöll-Institut)
sowie bei dem vom BMBF und Land
Thüringen geförderten Forschungs-
campus „InfectoGnostics“.
Auf europäischer Ebene koordiniert
das IPHT gleich zwei COST-Aktionen.
Diese zielen darauf ab, nationale
Forschungsprojekte zu bündeln und
europaweit vorhandene Kapazitäten
von Wissen, technischer Ausstattung
und finanziellen Ressourcen effektiv
zu nutzen und dauerhafte Netzwerke
zu schaffen. Innerhalb von vier Jahren
werden somit jeweils themenspe-
zifische Netzwerke für Experten aus
Forschung und Anwendung geschaf-
fen. Die COST-Aktion „PerspectH2O“
bündelt Kompetenzen von etwa 100
europäischen Forschungseinrichtun-
gen, um die durch Licht induzierte
Spaltung von Wasser zu untersuchen
und gezielt Strukturen zu schaffen,
um dieses Prinzip im Labor nachzu-
ahmen. Ziel ist die Erschließung einer
nie versiegenden Energiequelle. In
“Raman4clinics“ arbeiten Wissen-
EU-Kommissar Johannes Hahn (Bildmitte) besuchte gemeinsam mit den Thüringer Ministern Uwe Höhn und Christoph Matschie das IPHT.
Strahlende Sieger: Das vom IPHT betreute Team beim Landeswett-bewerb von „Jugend forscht“ belegten den 1. Platz.
schaftlerinnen und Wissenschaftler
aus 22 europäischen Ländern daran,
die Forschung auf dem Gebiet Raman-
basierte Technologien zur klinischen
Diagnostik von Krankheiten wie z. B.
Krebs, Atherisosklerose, Demenz oder
Sepsis voranzutreiben.
Die vom IPHT in Kooperation mit
der Friedrich-Schiller-Universität Jena
und dem Abbe Center of Photonics in
Jena veranstaltete XXIV. International
Conference on Raman Spectroscopy
(ICORS2014) war einer der Höhe-
punkte im vergangenen Jahr. Die
Tatsache, dass es gelungen ist die
internationale Konferenz nach über
zwanzig Jahren erstmalig wieder in
Deutschland ausrichten zu können,
ist Beleg für die führende Rolle des
Institutes auf diesem Forschungsge-
biet. Mit über 925 Teilnehmern aus 47
Ländern war die Konferenz die bisher
größte Fachtagung in der 48jährigen
Geschichte der ICORS.
Im Bereich der Veranstaltungsor-
ganisation engagiert sich das IPHT
gegenwärtig bei der Ausrichtung des
International Congress on Biophoto-
nics 2015 (ICOB2015) in Florenz sowie
bei zahlreichen Aktivitäten im Rahmen
des International Year of Light. Die
vom IPHT in Kooperation mit dem
Fraunhofer-Institut für angewandte
Optik und Feinmechanik und dem
städtischen Eigenbetrieb Jenakultur
organisierte Auftaktveranstaltung zum
Lichtjahr begeisterte 2.700 Besucher
in der Jenaer Sparkassen-Arena.
Die ausgezeichnete Forschungsinfra-
struktur und die optimalen Arbeitsbe-
dingungen am IPHT bilden die Basis
für eine wachsende Attraktivität des
Institutes bei Gastwissenschaftlerin-
nen und -wissenschaftlern aus dem
In- und Ausland. Im vergangenen
Jahr kamen 24 Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler zum Arbeiten an
das Institut. So wurden zum Beispiel
im Rahmen eines hochkompetitiven
EU-Bewerbungsverfahrens zwei
Marie-Curie-Stipendien an Wissen-
schaftler für ihren Forschungsaufent-
halt am IPHT vergeben. Die von der
Europäischen Kommission ins Leben
gerufenen Marie-Curie-Maßnahmen
dienen der Förderung eines gemeinsa-
men europäischen Forschungsraums
und wollen zu diesem Zweck die
Mobilität von Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftlern in Europa ver-
bessern. IPHT-Wissenschaftler erhielten für ihr Patent zu Solarzellen auf Gewebe die Bronzemedaille auf der Erfindermesse iENA.
Galadinner anlässlich der XXIV. International Conference on Raman Spectroscopy auf dem Jenaer Marktplatz: 1.000 Gäste unternahmen eine Zeitreise ins Mittelalter und erlebten einen unvergesslichen Abend mit Ritterspielen, Gauklern und Minnegesang.
Auftakt zum Internationalen Jahr des Lichts.
Detaillierte Informationen
zur Organisationsstruktur,
aktuellen Kennzahlen und
Personalstatistiken lesen Sie
auf den Seiten 40 bis 50.
+ Datenanhang
inkl. Liste der
Publikationen
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Optische Medizintechnik – Jürgen Popp und Michael Bauer im Gespräch
Prof. Dr. Jürgen
Popp, wissenschaft-
licher Direktor des
IPHT, und Prof.
Dr. Michael Bauer,
stellvertretender
Direktor der Anäs-
thesiologie und In-
tensivmedizin am
Universitätsklini-
kum Jena, arbeiten
seit vielen Jahren
auf dem Gebiet der
Biophotonik mit
dem Schwerpunkt
auf optischer Medi-
zintechnik zusam-
men. Im Universi-
tätsklinikum Jena
trafen sie sich zum
Gespräch, um Bilanz
zu ziehen und einen
Blick in die Zukunft
zu wagen. »
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» Herr Bauer, Herr Popp, die optisch basierte Medizintechnik wird in den nächsten Jahren einen immer größeren Stellenwert ein-nehmen. Warum ist das so?
Michael Bauer: Altersbedingte Krankheiten und Volkskrankheiten wie Herz-
Kreislauf-Erkrankungen, Demenz, Atemwegserkrankungen oder Diabetes
nehmen immer stärker zu. Oft haben diese Krankheiten einen hochkomplexen,
multifaktoriellen Verlauf, der je nach Patient individuell verläuft. Bei schweren
Infektionskrankheiten, wie zum Beispiel einer Sepsis ist die Behandlung zudem
vom Faktor Zeit abhängig.
Die bisherigen Standard-Diagnoseverfahren liefern uns zwar zuverlässige
Ergebnisse, aber wir Mediziner brauchen genauere Diagnose-Methoden, um
schneller und gezielter zu behandeln.
Jürgen Popp: Biophotonische Technologien wurden in den letzten zehn Jahren
stetig weiterentwickelt. Sie haben das Potential in der Diagnostik und Therapie
der genannten medizinischen Bedarfsfelder gewinnbringend eingesetzt zu wer-
den. Berührungslos und schonend kann die Biophotonik Zellzustände erfassen
und überwachen; schnell und labelfrei erhalten wir mit Licht biochemische und
molekulare Informationen direkt aus Körperflüssigkeiten und dem Gewebe.
Jetzt können wir einen Schritt weitergehen. In enger Zusammenarbeit mit Me-
dizinern wollen wir modernste mikroskopische und spektroskopische Verfahren
entwickeln und in die Klinik bringen.
Mediziner wichtig, um eine individuelle
Therapie einzuleiten. Denn nicht jeder
Plaque ist lebensbedrohlich und muss
durch das Setzen von Stents behandelt
werden. In vielen Fällen würde auch eine
medikamentöse Behandlung ausreichen.
Ein anderes Beispiel ist Krebs. Wir ar-
beiten daran, standardisierte Techniken
zu erforschen und zu entwickeln, die
Krebsgewebe durch Licht identifizie-
ren und charakterisieren. Damit sind
die Mediziner perspektivisch schon
während der Operation bzw. während
der endoskopischen Untersuchung in
der Lage zwischen gesundem und
erstem krankhaften Veränderungen
des Gewebes zu unterscheiden bzw.
den Tumorrand zu erkennen.
Im Bereich Sepsis arbeiten wir insbe-
sondere mit der AG Bauer, dem Center
for Sepsis Control and Care (CSCC) und
Forschungspartnern aus Europa an einer
geeigneten Lösung. Ein Minilabor, mit
dem man aus wenigen Tropfen Blut und
in kürzester Zeit die benötigten Infos für
eine passende Sepsis-Therapie gewin-
nen kann, ist das Ziel der Forschungs-
und Entwicklungsarbeit.
Aber auch die Entwicklung verbesserter
bildgebender Methoden und Technolo-
gien zur Aufklärung von Zellprozessen
und der Genese von Krankheiten auf
molekularer Ebene liefert Antworten
auf medizinische Fragestellungen.
Herr Bauer, Herr Popp, warum arbeiten Sie schon seit vielen Jahren auf dem Gebiet der optischen Medizintechnik eng zusammen?
Michael Bauer: Aus mehreren Grün-
den: Zum einen müssen die Wissen-
schaftlerinnen und Wissenschaftler
die Arbeitsweise der Mediziner ken-
nen. Die Mediziner wiederum sollten
wissen, was technologisch möglich
ist. Bestehende Bedürfnisse und He-
rausforderungen müssen gemeinsam
identifiziert und gewichtet werden.
Zum Anderen können Labormuster
durch eine enge Zusammenarbeit
anwendungsorientiert erprobt und
dadurch im klinischen Routine-Betrieb
validiert werden. Das ist wichtig, um
bedarfsgerechte Anpassungen zu
ermöglichen.
Jürgen Popp: Die Rückmeldung der klini-
schen Endnutzer können wir unmittelbar
in die Weiterentwicklung der Technolo-
gie einbinden. Die enge Wechselwirkung
garantiert übrigens eine nachhaltige
Forschung – auch in Bezug auf die Ge-
winnung von Nachwuchswissenschaft-
lerinnen und -wissenschaftlern und die
Ausbildung von Fachkräften.
Die optische Medizintechnik erfordert
aber nicht nur die Zusammenarbeit mit
medizinischen Partnern, sondern einen
interdisziplinären Forschungsansatz.
Daher wurde zum Beispiel der Leibniz-
Forschungsverbund „Medizintechnik:
Diagnose, Monitoring und Therapie“ im
vergangenen Jahr initiiert. Innerhalb
der Leibniz-Gemeinschaft verfügen
wir über Expertise in unterschiedlichs-
ten Bereichen. Im Verbund kann das
Forschungsthema „Optische Medizin-
technik“ daher umfassend abgedeckt
werden – von den Grundlagen bis hin
zur Entwicklung von Labormustern ent-
lang der gesamten Innovationskette.
Im Rahmen des Verbundes beschäftigt
sich das IPHT schwerpunktmäßig mit
der Erforschung und Entwicklung von
Point-of-Care Schnelltests sowie der Ent-
wicklung neuer bildgebender Methoden.
Michael Bauer: Darüber hinaus gibt
es in Jena eine langjährige erfolgreiche
Zusammenarbeit zwischen dem IPHT
und dem Universitätsklinikum. Zum
Beispiel im Bereich Sepsis-Forschung
oder im Rahmen des Forschungs-
campus InfectoGnostics. Mehr als
30 Partner entwickeln hier Lösungen
für die schnelle und kostengünstige
Vor-Ort-Analyse akuter Infektionen wie
z. B. Tuberkulose oder für die Erreger-
diagnostik in Lebensmitteln.
Herr Popp, welche Rolle wird die optische Medizintechnik in Zukunft am IPHT spielen?
Jürgen Popp: Gemäß dem Motto „Pho-
tonics for Life“ erforschen wir am IPHT
maßgeschneiderte optische Lösungen
für Fragestellungen aus den Bereichen
Lebens- und Umweltwissenschaften
sowie Medizin. Im Mittelpunkt der
Forschungs- und Entwicklungsarbeiten
stehen die drei Themenschwerpunkte
Biophotonik, Faseroptik und Photoni-
sche Detektion. Die optische Medizin-
technik als Teilgebiet der Biophotonik
stellt eine Vertiefung unseres vorhan-
denen Forschungsprofils dar. Diese
Profilschärfung innerhalb der Biophoto-
nik ist natürlich auch im Hinblick auf die
Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit und
eine nachhaltige positive Entwicklung
wichtig. Dass der Bund, das Land Thü-
ringen und die EU Optik und Photonik
als zentrale Zukunftsthemen identifi-
ziert haben, bestärkt uns in unserer
Entscheidung, die optische Medizin-
technik als strategisches Forschungs-
thema am IPHT zu etablieren.
Herr Popp, können Sie das am IPHT leisten?
Jürgen Popp: Am IPHT verfügen wir
über das Know-how und eine herausra-
gende Technologiebasis auf den Gebieten
Fasertechnologie, Photonische Detektion,
Systemtechnologie und Mikro- / Nano-
technologie. Diese technische und perso-
nelle Stärke nutzen wir, um im Bereich
Biophotonik die optische Medizintechnik
voranzutreiben und Lösungen für die me-
dizinischen Bedarfsfelder zu erforschen.
So haben wir zum Beispiel eine optische
Lösung für die genaue Identifizierung
von Plaque-Ablagerungen in Arterien
gefunden. Bei Arteriosklerose lagert sich
an den Arterien-Innenwänden Plaque –
Ablagerungen aus Fett und Zellen – an.
Schreitet die „Arterienverkalkung“ weiter
voran, kann es zu einem Herzinfarkt oder
einem Schlaganfall kommen. Mit Raman-
Spektroskopie erhalten wir Informatio-
nen über die chemische Zusammenset-
zung der Ablagerungen. Dies ist für den
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Eine Sepsis beginnt mit einer lokalen In-
fektion, u. a. verursacht durch Bakterien.
Meist gelingt es dem Körper, die Infektion
auf den Krankheitsherd zu begrenzen. In
manchen Fällen breiten sich die Erreger
bzw. ihre Gifte über die Blutbahn in den
gesamten Körper aus. Der Organismus
reagiert mit einer Entzündung, die sich in
kürzester Zeit auf alle Organe ausbreitet
und zu einem multiplen Organversagen
führen kann. Die Symptome einer Sepsis
sind aber nicht eindeutig. Fieber, erhöh-
ter Puls und schnelle Atmung können
auch Ursachen für andere schwere Er-
krankungen sein. Mediziner sind bei der
Diagnose daher bislang auf ihre Erfah-
rungen angewiesen. »
Infektionsdiagnostik
» Verlässliche Informationen über
den auslösenden Erreger und sein
Resistenzpotential liefern biochemische
Untersuchungen wie die Blutkultur erst
nach mindestens 24 Stunden. Jede
Stunde Verzögerung bei der Gabe eines
effektiven Antibiotikums verschlechtert
die Überlebenschancen des Patienten.
Daher wird bei Verdacht auf Sepsis ein
Breitbandantibiotikum verabreicht. Für
eine effektive Therapie ist es von zen-
traler Bedeutung, eine verlässliche und
schnelle Diagnose stellen zu können.
Im Rahmen des EU-Projekts HemoSpec
arbeiten Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler aus sechs europäischen
Ländern daran, ein handliches Minilabor
zu entwickeln, um diesen medizinischen
Anforderungen gerecht zu werden.
Dr. Ute Neugebauer, Wissenschaftlerin
am IPHT und am Center for Sepsis
Control and Care (CSCC) ist am Projekt
beteiligt und forscht an einer von drei
Schlüsseltechnologien, die das Gerät
vereinen soll. Helfen soll ihr dabei das
Licht. Mittels Raman-Spektroskopie
möchte Neugebauer molekulare und
biochemische Informationen über die
weißen Blutkörperchen, die Leu-
kozyten, erhalten. Die Aufgabe der
Leukozyten im Köper ist die Abwehr
von Fremdkörpern wie Bakterien oder
Viren. Gibt es im Körper eine Infekti-
on, sind sie im Blut vermehrt anzu-
treffen. Detektieren die Leukozyten
einen Krankheitserreger, werden sie
aktiviert und beginnen die Eindring-
linge unschädlich zu machen, z. B.
durch Phagozytose (Auffressen) oder
durch Produktion und Freisetzung
bestimmter Moleküle wie Antikörper
oder Botenstoffe. Aktivierte Leuko-
zyten unterscheiden sich also von
nicht aktivierten Leukozyten. „Diesen
Unterschied wollen wir mit Hilfe der
Raman-Spektroskopie erkennen. Unser ©
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Datenbank ist Grundlage für die
eindeutige und schnelle Erregerbestim-
mung und somit auch Grundlage für
eine gezielte Therapie.
Die zugrundeliegende Technologie
wurde vom IPHT in Zusammenarbeit
mit dem IPC erforscht. Die Berliner
Firma rap.ID hat die Technologie zu
einem marktreifen Gerät weiterentwi-
ckelt. Der Bio Particle Explorer identifi-
ziert mit Hilfe eines spektroskopischen
Messverfahrens und in Kombination
mit statistischen Analyseverfahren,
ob, und wenn ja, mit welchen und mit
wie vielen Keimen Patientenproben
wie Blut, Urin, oder Luft und Wasser
belastet sind. Durch den Abgleich mit
der Datenbank können die aufge-
spürten Erreger innerhalb weniger
Stunden eindeutig detektiert werden.
Gegenwärtig wird zusammen mit der
Firma rap.ID daran gearbeitet, die
Qualität und Reproduzierbarkeit der
Charakterisierung zu verbessern und
die Handhabbarkeit des Bio Particle
Explorers zu optimieren.
Neben der Erregeridentifikation ist
das Thema Antibiotikaresistenzen ein
wichtiges Forschungsfeld am IPHT.
Die Nachwuchsgruppe von Ute Neu-
gebauer konzentriert sich dabei auf
Erreger einer Harnwegsinfektion. In
der mikrobiologischen Medizin dauert
die Identifizierung der Erreger und
ihrer Antibiotika-Empfindlichkeit mit
den dort standardisierten Methoden
mindestens 24 Stunden. In dieser Zeit
wird oft schon mit einer kalkulierten
Antibiotikatherapie begonnen, um
der Infektion so schnell wie möglich
entgegenwirken zu können. In Zeiten
steigender Resistenzen ist diese
initiale Therapie allerdings zunehmend
zum Scheitern verurteilt.
Mit einem kombinierten Dielektropho-
rese-Raman-Aufbau hat die Nach-
wuchsgruppe eine innovative Methode
entwickelt, die die Pathogendetektion
um viele Stunden schneller und
direkt aus dem Patientenmaterial
Patientenurinprobe
Probenvorbereitung
Dielektrophorese-Raman Aufbau
Die Raman-Spektroskopie
ist ein optisches Unter-
suchungsverfahren für die
Charak terisierung von Mo-
lekülen und Festkörpern. Das
Verfahren beruht auf dem Ra-
man-Effekt, benannt nach dem
indischen Physiker und Nobel-
preisträger Sir C. V. Raman. Das
gewonnene Raman-Spektrum
der untersuchten Probe (Fest-
stoff, Flüssigkeit oder Gas) ist
so einzigartig wie ein Finger-
abdruck. Anwendung findet die
Raman-Spektroskopie in den
unterschiedlichsten Bereichen
wie Medizin, Kunst, Archäolo-
gie, Geologie oder Forensik.
Ziel ist es herauszufinden, ob wir an
der Art des Aktivierungszustands ab-
leiten können, ob der Patient an einer
Sepsis erkrankt ist“, so Neugebauer.
Ihre Kolleginnen und Kollegen am
IPHT arbeiten an weiteren Baustei-
nen des Minilabors: der holografischen
Mikroskopie zum Zählen der Zellen
sowie einem Mikrofluidik-Chip zum
Trennen und Verteilen des Bluts auf
der Plattform. Ergänzt werden diese
Bausteine um die Arbeit der euro-
päischen Projekt-Partnerinnen und
-Partner. Sie beschäftigen sich mit
dem Auslesen von Biomarkern im Blut
mit Hilfe fluoreszenz-basierter Metho-
den, der Entwicklung miniaturisierter
Module für die Raman- und Fluores-
zenzanalytik sowie der Entwicklung
einer Software, die alles steuern soll.
Durch die Kombination der Tech-
nologien in einem Gerät sollen aus
nur wenigen Tropfen Blut innerhalb
von wenigen Stunden verlässliche
Informationen gewonnen werden. Das
Minilabor soll handlich und benutzer-
freundlich sein, so dass es sowohl von
Ärzten als auch von Krankenschwes-
tern bedient werden kann. Damit es
den klinischen Anforderungen genügt,
arbeiten die Wissenschaftler eng mit
Medizinern zusammen. Erste klinische
Studien mit 80 Patienten laufen be-
reits am Universitätsklinikum in Jena.
Mittels Raman-Spektroskopie kann
man nicht nur molekulare und bio-
chemische Informationen von weißen
Blutkörperchen, sondern auch von
Krankheitserregern erhalten – direkt in
Körperflüssigkeiten und ohne zeitinten-
sive Kultivierung. Das Spektrum eines
Erregers ist so individuell wie der Fin-
gerabdruck eines Menschen. Entspre-
chend zeitintensiv ist der Aufbau einer
„Verbrecherdatenbank“, in welcher die
Spektren relevanter Erreger erfasst
sind. Daran arbeiten Wissenschaftlerin-
nen und Wissenschaftler des IPHT und
des Instituts für Physikalische Chemie
(IPC) der Friedrich-Schiller-Universität
Jena schon seit einigen Jahren. Diese
ermöglicht. Dafür fangen die Wissen-
schaftlerinnen und Wissenschaftler
die Erreger auf einem Chip mittels
elektrischer Felder (Dielektrophorese)
in mikrostrukturierten Regionen ein,
um die gesammelten Erreger dort
anschließend mit Raman-Spektros-
kopie in etwas mehr als einer halben
Stunde identifizieren zu können.
In einem zweiten Schritt werden die
Erreger, die mit Antibiotika inkubiert
wurden, auf den Chip gebracht, um
die Wechselwirkung zu beobachten.
Aus den so gewonnenen Raman-
Spektren lassen sich Rückschlüsse auf
vorliegende Resistenzen schließen. Im
Vergleich zur Erstellung eines Antibio-
gramms kann mit dieser Methode in-
nerhalb von 3,5 Stunden eine Aussage
über eine mögliche Antibiotikaresis-
tenz getroffen werden, so wie es im
speziellen Fall für Vancomycin-resis-
tente Enterokokken verifiziert wurde.
Eine auf den Patienten zugeschnittene
Antibiotikatherapie kann damit we-
sentlich früher erfolgen.
+ Imagefilm HemoSpec
» Seit Herbst 2014 koordiniert das
IPHT die europäische COST-Aktion
„Raman4clinics – Raman-based appli-
cations for clinical diagnostics“. COST-
Aktionen zielen darauf ab, natio nale
Forschungsprojekte in konzentrierten
Aktionen zu unterschiedlichen Themen
zu bündeln und dadurch europaweit
vorhandene Kapazitäten von Wissen,
technischer Ausstattung und finanziel-
len Ressourcen effektiv zu nutzen und
dauerhafte Netzwerke zu schaffen.
“Raman4clinics“ bildet einen Rahmen
für die Arbeit der teilnehmenden
nationalen Forschungsgruppen aus
21 europäischen Ländern. Im Rahmen
von Konferenzen, Sommerschulen,
Workshops bzw. Austauschprogram-
men von Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftlern soll in den nächsten
vier Jahren die Raman-Spektroskopie
für klinische Diagnoseverfahren
weiterentwickelt werden. Das IPHT
beteiligt sich schwerpunktmäßig mit
den Themen Infektionsdiagnostik
und Histopathologie. Weitere For-
schungsthemen sind fasersensorische
Endoskopie, Zythopathologie für die
Krebsdiagnostik und Überwachung
von Antibiotika in Körperflüssigkeiten.
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Medicars – Ein kompaktes Mikroskop für die medizinische Diagnostik
Raman4clinics
» Die Abgrenzung von gesundem
und pathologisch bösartigem Gewe-
be, beispielsweise bei Krebs, ist ein
wesentlicher Bestandteil der medizini-
schen Diagnostik. Zur Unterscheidung
von Krebs und harmlosen Gewebe-
modifikationen wird dazu Gewebe im
Rahmen einer Operation entnommen,
angefärbt und am Mikroskop beurteilt.
Im Rahmen eines vom Bundesmi-
nisterium für Bildung und Forschung
(BMBF) geförderten Projekts haben
Wissenschaftlerinnen und Wissen-
schaftler am IPHT zusammen mit
Partnern an der TU Dresden, Univer-
sität Heidelberg, Universität Stuttgart,
Universität Konstant und am Institut
für Angewandte Physik in Jena ein
kompaktes Mikroskop konzipiert.
Damit können Mediziner hochaufge-
Gewebe des Rachenraumes
Medicars wurde zusammen mit Prof. Dr. Orlando Guntinas-Lichius in der Jenaer Klinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde an-wendungsorientiert getestet.
Epithel
Fettgewebe
Bindegewebe
Blutgefäß
Muskelgewebe
löste multimodale Bilder von Gewe-
beproben ohne vorherige Anfärbung
aufnehmen. Erkranktes Gewebe kann
dadurch eindeutig lokalisiert und ge-
zielt entfernt werden. Im Unterschied
zur Färbung können die multimodalen
Bilder innerhalb von wenigen Minuten
gewonnen werden.
Technologische Grundlage des Medi-
cars Mikroskops ist das bildgebende
Verfahren der Kohärenten Anti-Stokes
Raman-Spektroskopie (CARS), mit dem
verschiedene Gewebetypen anhand
des Lipidgehaltes z. B. von Epithel-,
Binde- oder Fettgewebe differenziert
werden können. Ergänzt wird das
Verfahren durch zwei weitere Kont-
rastmechanismen der Zwei-Photonen-
Fluoreszenzmikroskopie (TPF) sowie
der zweiten harmonischen Erzeugung
(SHG). Alle drei Kontrastmechanismen
zusammen vermitteln dem Mediziner
sowohl chemische, strukturelle als
auch funktionale Informationen über
das Gewebe.
Um die klinisch-relevanten Informa-
tionen parallel zu einer Operation zu
erhalten, wurde das Medicars Mikroskop
so entwickelt, dass es sich in seiner
räumlichen Ausdehnung samt Ansteu-
erung und neu-konzeptioniertem Faser-
Laser für jeden Operationssaal eignet
und dabei von eingewiesenem aber
fachfremdem Personal bedient werden
kann. Ziel ist die Verbesserung der Pati-
entenversorgung, insbesondere bei der
operativen Behandlung. Medicars wurde
im Rahmen der beiden Forschungs-
schwerpunkte Biophotonik und Faser-
optik erforscht und entwickelt.
Die Faseroptik und Biophotonik stehen für zwei von drei For-
schungsschwerpunkten des IPHT. Um die In-vivo-Diagnose und
Therapie von kardiovaskulären Erkrankungen zu optimieren,
haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des IPHT ihr
Know-how aus beiden Forschungsschwerpunkten zusammen-
geführt. Ein spannendes Projekt in dem eine Vielzahl von Gren-
zen überschritten werden. »
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Faserbasierte Spektroskopie – Ein Schlüssel für die individuelle Behandlung von Gefäßerkrankungen
Querschnitt einer am IPHT entwickelten Raman-Sonde
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werden müssen, hängt von ihrer
biochemischen Zusammensetzung
ab. Bei einer genaueren Kenntnis der
Plaque-Zusammensetzung wäre eine
bessere Risikoabschätzung möglich.
Gefährliche, instabile Plaques könnten
genauer diagnostiziert werden.
Eine etablierte Methode für die Diagnose
von Plaque ist die Herzkatheter-Unter-
suchung, bei der Form und Struktur der
Herzgefäße mithilfe des Röntgenverfah-
rens unter Einsatz von Kontrastmitteln
sichtbar gemacht werden. Die moleku-
lare und biochemische Zusammenset-
zung der Plaque bleibt unbekannt. Eine
genaue Diagnose und individualisierte
Therapie wird damit erschwert.
Mit einer Sonde der Firma EM Vision
welche aus mehreren Fasern, die als
Lichtleiter fungieren, besteht, wurde
die spektroskopische Analytik in
Zusammenarbeit mit dem Universi-
tätsklinikum Jena im Modellversuch
getestet. „Wir konnten zeigen, dass
wir mit Hilfe des Lichts während einer
Herzkatheter-Untersuchung genaue
Informationen über die molekulare
Zusammensetzung des Plaques geben
können“, so Dr. Christian Matthäus,
IPHT-Wissenschaftler.
Für den Einsatz am Menschen war
die faserspektroskopische Sonde zu
diesem Zeitpunkt noch nicht geeignet,
da der Sondenkopf aufgrund integrier-
ter Filter auf einer Länge von 5-6 cm
unflexibel ist. Die Gefahr, die filigranen
Herzgefäße bei einer Untersuchung
zu verletzen, ist zu groß. Um dem
medizi nischen Bedürfnis nach fle-
xibleren Fasern gerecht zu werden,
holten Matthäus und sein Kollege Dr.
Sebastian Dochow ihre Kolleginnen und
Kollegen der Faseroptik mit an Board.
„Die Filter im Sensorkopf dienen dazu,
das für eine Raman-spektroskopische
Untersuchung benötigte Anregungslicht
vom in der Faser generierten Signal zu
trennen. Wir brauchten eine Lösung,
welche die Filter in die optischen Mess-
fasern in die Sonde integriert“, erklärt
Dr. Martin Becker, Fasertechnologe am
IPHT. Im Rahmen des vom BMBF ge-
förderten Verbundprojektes Fiber Health
Probe wurden Faser-Bragg-Gitter,
periodische Strukturen der Brechzahl,
mit einer Interferenzbelichtung in den
Kern der Faser eingeschrieben. Korres-
pondiert die Wellenlänge des geführten
Lichtes mit der Periode des Gitters, so
wird das Anregungslicht zurückreflek-
tiert und nur das benötigte Licht hin-
durchgeleitet. Diese Lösung funktioniert
nur mit Singlemode-Fasern, also Fasern
mit einem kleinen Kern.
Das mit solchen Fasern gesammelte
Licht ist zu schwach für die Aufnah-
me eines Raman-Spektrums. Die in
diesem Bereich üblichen Multimode-
Fasern haben zwar einen Kern mit
größerem Durchmesser, aber das
eingespeiste Licht kann darin nicht
gezielt gefiltert werden.
„Was wir brauchen, sind maßge-
schneiderte Fasern, mit denen wir
viel Licht sammeln und gezielt filtern
können“, so IPHT-Wissenschaftler Dr.
Sebastian Dochow, der zusammen mit
Christian Matthäus die Raman-Sonde
erforscht. Für deren Herstellung kön-
nen seine Kolleginnen und Kollegen
aus der Faseroptik auf eine weltweit
nahezu einmalige technologische
Ausstattung – von der Materialkunde
über alle Stufen des Faserherstel-
lungsprozesses bis zur Charakteri-
sierung – zurückgreifen. Zusammen
mit Sebastian Dochow und Christian
Matthäus erforschen sie momentan
» Licht ist ein besonderes Werkzeug.
Eingebunden in optische Fasern kann
es Daten und Informationen wie bei-
spielsweise Messsignale übertragen.
Durch Streuung von Licht an Molekülen
kann man berührungslos, schnell mole-
kulare und biochemische Informationen
erhalten. „Unsere Idee war es, diese
beiden Eigenschaften zu kombinieren,
um eine bestehen de Lücke bei der Dia-
gnose und Therapie von Arterienverkal-
kung zu optimieren“, so Prof. Dr. Jürgen
Popp, wissenschaftlicher Direktor des
IPHT. Im Rahmen des Europäischen
Exzellenznetzwerkes Photonics4Li-
fe, das vom IPHT koordiniert wird,
entstand der Kontakt zum Kardiologen
Professor Dr. Bernhard Brehm (Herz-
zentrum Kreuzlingen, Schweiz) und die
Idee, die chemische Zusammensetzung
der Ablagerungen genau und schnell
zu bestimmen.
Der medizinische Bedarf ist groß,
denn Arteriosklerose und ihre Folge-
erscheinungen – Schlaganfall und
Herzinfarkt – zählen zu den häufig-
sten Todesursachen in westlichen
Industrienationen. Bei der chronisch
fortschreitenden Erkrankung kommt
es zu Ablagerungen an den Gefäß-
wänden, Plaque genannt. Ob und
wie die Ablagerungen behandelt
Raman-Sonde
Die faseroptische
Raman-Sonde eignet
sich nicht nur für den
kardiovaskulären Einsatz.
Grundsätzlich ist sie auf jede
endoskopisch zugängliche
Krankheit anwendbar.
So erforschen die IPHT-
Wissenschaftlerinnen und
-Wissenschaftler zusammen
mit Kolleginnen und Kollegen
des Universitätsklinikums
Jena die molekulare Analyse
von Darmkrebs oder
Gehirntumoren. Mit dem
Institut für Physikalische
Chemie (IPC) der Universität
Jena untersucht das IPHT
zudem, welche optischen
Fasern sich für welches
Gewebe eignen und
wie man die erhaltenen
Signale optimal auswerten
kann. Weitere mögliche
Anwendungsfelder finden
sich im nicht-medizinischen
Bereich, etwa bei der
Analyse von Sprengstoff,
Drogen, Medikamenten oder
Flüssigkeiten.
die Eignung von Multi-Core-Fasern. In
diesen Fasern wird das Licht parallel
durch mehrere Kerne geleitet und am
Ende gebündelt.
Obwohl die Faseroptimierung noch
nicht abgeschlossen ist, denken
die IPHT-Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler schon einen Schritt
weiter. Die Optische Kohärenztomo-
grafie, OCT, ist ein bildgebendes Ver-
fahren für die kardiovaskuläre Unter-
suchung. Ähnlich wie Raman arbeitet
OCT mit eingestreutem Licht, das in
Wechselwirkung mit der Arterien-
wand steht. „Für die Mediziner wäre
es ideal, mit einem Gerät nicht nur
chemische Informationen, sondern
auch Informationen über Form und
Größe des Plaque zu erhalten“, so
Dochow. OCT und Raman arbeiten mit
unterschiedlichen Anregungswellen.
Die Multi-Core-Fasern sollen daher so
entwickelt werden, dass sie perspek-
tivisch in die Optische Kohärenztomo-
grafie inte griert werden können.
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Ein Sensorkopf mit einem Durchmesser von etwa 10 Millime-
tern, der auf fünf Beinchen thront. Darin ein 3,6 x 3,6 mm großer
Chip. Kaum zu glauben, dass ein so kleines Bauteil berührungs-
los Temperaturen messen kann. Zum Beispiel die Oberflächen-
temperatur auf dem Kometen Tschuri – und das auf ein Zehntel
Kelvin genau. Der thermoelektrische Sensor des IPHT ist einer
von vielen Bauteilen des Kometenlanders Philae. 2004 wurde er
mit der ESA-Mission Rosetta ins All geschickt. 2014 landete er
auf dem Kometen Tschuri. »
Philae setzt auf dem Kometen auf. Instrumente des Kometenlanders Philae
Das IPHTim Weltraum
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Durch die vielen Projekte hat sich die
Gruppe um Ernst Kessler ein weltweites
Renommee erarbeitet. Ernst Kessler ist
zudem Co-Investigator bei der NASA
und gehört damit einem internationa-
len Expertenteam an. Dennoch kommt
immer wieder die Frage auf, ob die vor
über 20 Jahren entwickelten Senso-
ren überhaupt noch zeitgemäß seien.
Kessler bejaht dies: „Dieser Detektortyp
ist für die bisherigen Weltraum-An-
forderungen und -Anwendungen nicht
zu optimieren. Ich weiß, dass das in
Zeiten von höher, schneller, weiter kaum
zu glauben ist. Aber er wurde auf den
Punkt entwickelt.“
Zwar sind die Sensoren, die im Rah-
men des Forschungsschwerpunktes
Photonische Detektion erforscht und
entwickelt wurden, auf Weltraum-An-
wendung zugeschnitten, aber auch für
andere Anwendungsfelder geeignet.
Zum Einsatz kommen sie beispiels-
weise schon bei der Überwachung der
Zusammensetzung von Anästhesie-
gasen oder bei der Altersbestimmung
von Flugzeugöl. Ein mögliches weite-
res Anwendungsfeld ist die Erkundung
von Lagerstätten von Bodenschätzen
der Erde.
+ Aktuelle Temperaturmessungen
des Rovers Curiosity
+ Hintergrundinformationen zu
den Weltraum-Missionen
der DLR
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» Als die Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler am Vorgängerinstitut
des IPHT Infrarotsensoren entwickel-
ten, war ihnen nicht klar, dass diese
einmal auf einer Träger-Rakete der eu-
ropäischen Weltraumorganisation ESA
in den Weltraum befördert werden.
„Ursprünglich wurden die Sensoren für
die berührungslose Temperaturmes-
sung und für den Einsatz in Infrarot-
spektrometern der Firma Carl Zeiss
Jena entwickelt“, so Dr. Ernst Kessler,
IPHT-Wissenschaftler und seit mehr
als 30 Jahren am Institut tätig. „Aber
bereits Mitte der 70er Jahre erfolgten
Zuarbeiten für sowjetische Venus-
Missionen in Form von hochempfind-
lichen Strahlungsdetektoren.“
So war es kein Zufall, dass nach 1990
die Deutsche Luft- und Raumfahrtbe-
hörde (DLR) eine konkrete Anfrage ans
IPHT stellte: Für die Rosetta-Mission,
die im März 2004 starten sollte,
wurde ein Sensor gesucht, der die
Oberflächentemperatur des Kometen
67 P / Tschurjumow-Gerassimenko
berührungslos messen kann.
Ein normales, berührendes Thermo-
meter könnte die Temperatur nicht
zuverlässig messen, da die Oberfläche
des Kometen von Staub bedeckt ist.
Die Herausforderung für die IPHT-
Wissenschaftlerinnen und -Wissen-
schaftler bestand nicht nur darin, ei-
nen Sensor mit hoher Detektivität und
Robustheit zur Verfügung zu stellen,
sondern diesen an die Bedingungen
im Weltraum anzupassen.
Das für den Sensor am IPHT ange-
fertigte Spezialgehäuse verfügt über
ein kleines Loch, durch das beim
Übertritt von der Erdatmosphäre in
den Weltraum die Luft entweicht. In
dem entstehenden Vakuum erreicht
der Sensor seine höchste thermische
Empfindlichkeit.
Knapp 15 Jahre später wurde die zum
EADS-Konzern gehörige Tochterfirma
Astrium Crisa aus Spanien auf das
IPHT aufmerksam. Sie waren auf der
Suche nach einem Sensor für den Ro-
ver Curiosity der NASA Mars-Mission
„Mars Science Laboratory“. „Als die
spanischen Kolleginnen und Kollegen
uns sagten, dass sie auf der ganzen
Welt nach einem Sensor-Entwickler
wie uns gesucht haben, waren wir
natürlich stolz“, sagt Kessler. Bis
heute verfügt das IPHT weltweit über
das Alleinstellungsmerkmal, thermo-
elektrische Sensoren mit höchster
Detektivität entwickeln und fertigen
zu können. Zudem können am Institut
Sensoren kundenspezifisch angepasst
und entwickelt werden – auch in
Stückzahl 1.
Zur Zeit arbeiten Ernst Kessler und
seine Kolleginnen und Kollegen an
einem neuen, spannenden Weltraum-
Projekt. Dieses Mal geht es nicht um
die Temperaturmessung, sondern um
Müll bzw. Weltraummüll. Dabei handelt
es sich beispielsweise um Reste
ausrangierter Satelliten oder Trüm-
merteile von Satellitenkollisionen und
-Explosionen. Laut Angaben der NASA1
befinden sich in Umlaufbahnen um die
Erde knapp 500.000 Teilchen mit einem
Durchmesser größer als 1 Zentime-
ter. Ihre Detektion und Vermessung
ist wichtig, um Zusammenstöße mit
Raumstationen bzw. Satelliten zu
verhindern. Die Ortung von Objekten
mit einer Größe ab fünf Zentimetern
erfolgt bereits durch die Verfolgung
der Flugbahnen von der Erde aus. Über
kleine Teilchen weiß man jedoch nur
sehr wenig. Ein vom IPHT zusammen
mit der Firma etamax space GmbH
entwickelter thermischer Detektorchip
soll Auskunft über Partikel der Größe
5-20 Mikrometer geben.
Für ein weiteres NASA-Projekt hat das
IPHT den Zuschlag gewonnen und
wird thermoelektrische Sensoren für
erste Tauglichkeitstests einreichen.
Sollte die Wahl auf die IPHT-Sensoren
fallen, würden sie voraussichtlich 2022
zum Europa-Mond des Jupiters fliegen.
Weitere Weltraum- Missionen mit Beteiligungen des IPHT
ESA-Mission Bepi-Colombo
Ziel: Die mineralogische
Zusammensetzung der Mer-
kur-Oberfläche und die Ober-
flächentemperatur zu messen.
Start: voraussichtlich 2016
Jaxa-Mission Hayabusa
Ziel: Informationen über die
Oberflächentemperatur und
Oberflächenmineralogie des
Asteroiden zu erhalten
Start: Seit Anfang Dezember
2014 ist die Sonde im All un-
terwegs. Die Landung erfolgt
Mitte 2018.
InSight-Mission der NASA / ESA zum Mars
Ziel: Informationen über die
Oberflächentemperatur und
Oberflächenmineralogie des
Planeten zu erhalten.
Start: März 2016
ESA-Exomars
Ziel: Die Identifizierung der
mineralische Zusammenset-
zung und von organischen
Pigmenten
Start: voraussichtlich 2016
NASA-Mars2020
Ziel: Information über die
Geologie, Atmosphäre, Um-
weltbedingungen und mög-
lichen Biomarkern auf dem
Planeten Mars zu erhalten
Start: 20201 The Threat of Orbital Debris and Protecting NASA Space Assets from Satellite Collisions (2009)
Dr. Ernst Kessler
T hermoelektrische
Sensoren wandeln
Wärmestrahlung in elektri-
sche Spannungssignale um.
Aus diesen Messsignalen kann
die Temperatur der Strah-
lungsquelle abgeleitet werden.
Ein normales, berührendes
Thermometer könnte die
Temperatur auf dem Kometen
nicht zuverlässig messen, da
die Oberfläche des Kometen
von Staub bedeckt ist.
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Beschichtung I: Metallische Dünnschichten
werden im Vakuum durch Bedampfungs- und
Sputterverfahren auf die Waferoberfläche
aufgebracht.
Schleusen: Durch Spezialkleidung für die Mitar-
beiterinnen und Mitarbeiter wird die Kontami-
nation des Reinraums verhindert.
ALD / Trockenätzen: Für die Erzeugung extrem
dünner, defektarmer und oberflächenkonformer
dielektrischer Schichten steht das Verfahren
der Atomlagenabscheidung ALD (Atomic Layer
Deposition) zur Verfügung.
Beschichtung II: Ein 3-Kammer-Sputtercluster
mit bis zu 12 Targets sowie Hochvakuumbe-
dampfungsanlagen sind für komplexe Schicht-
systeme und plasmonische Edelmetallfilme in
Anwendung.
Photolithographie: Auf einen mit Fotolack
präparierten Wafer – der Grundplatte für die
mikrotechnischen Bauelemente – wird mittels
UV-Licht eine definierte Struktur, die Resist-
maske, erzeugt. Die kleinsten Muster der Maske
haben eine Größe von etwa 2 µm.
Elektronen / Laserlithographie: Bei diesem
Verfahren wird die Resistschicht mit einem
Laser- oder Elektronenstrahl belichtet. Dadurch
können noch feinere Strukturen im Bereich von
0,8 µm (Laserstrahl) bzw. 0,03 µm (Elektronen-
strahl) hergestellt werden.
Nanoanalytik: Prozess- und Qualitätsprüfung
der Nanostrukturen mittels Rasterelektronen-
mikroskop und AFM (Atomic Force Microscopy).
Trockenätzen: Mit Ionenstrahlen oder Plasmen
werden Strukturen in metallische und dielek-
trische Schichten übertragen.
LPCVD: Dielektrische Dünnschichten und Mem-
branschichtsysteme für MEMS-Anwendungen
werden mittels CVD-Prozessen (chemical vapour
deposition) erzeugt.
Beschichtung III: Herstellung von Metall-
schichtsystemen für die IR-Sensorik
AVT-Labor: Für den Systemeinsatz werden
im Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik
die einzelnen Chips eines Wafers auf spezielle
Träger gebondet und in Gehäuse eingefügt.
Nasschemie I + II: Auf den hier durchge-
führten nasschemischen Silizium-Ätzverfahren
basieren die MEMS-Technologien mit freitragen-
den strukturierten Membranen für die IR- und
THZ-Sensorik.
Erste Reinraumetage
Mikro- und Nanotechnologien aus dem IPHT-Reinraum
» Um die Forschungsziele des Institutes erfolgreich umsetzen zu können, sind
der Aufbau und die Pflege eines umfassenden Pools ineinandergreifender Mikro-
und Nanotechnologien erforderlich. Aufbauend auf gezielter Grundlagenforschung
stellen diese Technologien die Basis für die technische Realisierung von bei-
spielsweise photonischen Sensorkonzepten und deren systemtechnische Inte-
gration in ultraempfindliche Messsysteme dar. Dazu verfügt das Institut über
einen nach dem neuesten Stand ausgerüsteten Reinraum mit der dazugehörigen
technologischen Infrastruktur für die Herstellung von Nanostrukturen und 3D-
Funktionselementen. Der Reinraum ermöglicht insbesondere die synergetische
Kombination von Top-down-Techniken (Mikro- und Nanolithografie) mit Bottom-
up-Verfahren (Nanopartikel, Nanodrähte, molekulare Techniken) am IPHT.
Der Reinraum erstreckt sich zwei-etagig über eine Fläche von rund 1.500
Quadratmeter. Dank der hervorragenden reinraum- und klimatechnischen
Be dingungen können hier mikro- und nanoskalige Funktionsstrukturen auf
Waferformaten bis zu 6 Zoll zuverlässig hergestellt werden. Das IPHT betreibt
dazu eine eigene Strecke zur Maskengenerierung, wobei der direkte Zugriff
auf eine hochmoderne Elektronenstrahl-Belichtungsanlage am benachbarten
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) von stra-
tegischer Bedeutung für das IPHT ist. Das Qualitätsmanagement für wichtige
Basistechnologien ist seit 2002 ISO-zertifiziert.
+ Reinraum-Film
+ Fachbeitrag „Echte Nanolithographie im Wafer-Maßstab:
Die Elektronestrahl-Charakter-Projektion“
Photolithographie im IPHT-Reinraum
Zweite Reinraumetage
Die fossilen Energieträger sind endlich.
Noch immer stammen rund 86 Prozent
der genutzten Energie aus Öl, Gas oder
Kohle. Zu viel angesichts steigender
Rohstoffpreise und dem Wissen um die
Knappheit. Um die drohende Energie krise
abzuwenden, müssen kostengünstige,
erneuerbare Energiequellen erschlossen
und genutzt werden. »
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Mit Lichtdie Energiezukunft gestalten
» Wasserstoff gilt als ein wichti-
ger Energieträger der Zukunft. Als
Bestandteil des Wassers ist er in
großen Mengen vorhanden. Bei seiner
Verbrennung entsteht wieder Wasser.
Ein Ansatz für die Gewinnung von
Wasserstoff ist die Photokatalytische
Wasserspaltung. Dabei wird mithilfe
von Licht Wasser in seine Bestandtei-
le Wasserstoff und Sauerstoff gespal-
ten. Der Prozess der Wasserspaltung
imitiert den biochemischen Vorgang,
den Pflanzen in großem Maßstab
praktizieren – die Photosynthese, also
die Umwandlung von Licht in chemi-
sche Energie.
Bereits 1972 wurde der Prozess durch
die japanischen Chemiker Akira Fuji-
shima und Kenichi Honda entdeckt.
Seitdem versucht die Wissenschaft
die photokatalytische Wasserspal-
tung für die industrielle Verwertung
nutzbar zu machen. Bis heute mit
mäßigem Erfolg. Denn die Verfahren
sind bisher nicht effizient genug.
Hier setzt die Arbeit von Prof. Dr.
Benjamin Dietzek, Wissenschaft ler am
IPHT, an.
Im Rahmen des Forschungsschwer-
punktes Photonische Detektion
versucht er, zusammen mit seinen
Kolleginnen und Kollegen, die Details
der auf molekularer Ebene stattfinden-
den Schritte in neuartigen molekula-
ren Photokatalysatoren zu verstehen.
Dafür wird ein lichtabsorbierendes
Zentrum, hier ein Farbstoff an ein
Reaktionszentrum angebunden. Das
Reaktionszentrum kann ein koordinier-
tes Metallion, aber auch ein metalli-
sches Nanopartikel oder eine Halblei-
teroberfläche sein. An der Grenzfläche
zwischen dem Reaktionszentrum
und der umgebenden wasserhaltigen
Lösung entsteht Wasserstoff.
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Halbleiter den Farbstoff und gelan-
gen zu einem Kontakt der Solarzelle.
Bislang haben diese Solarzellen nur
einen geringen Wirkungsgrad. Auch
hier müssen erst die grundlegenden
Elektronentransferschritte zwischen
Farbstoff und dem Halbleitermaterial
verstanden werden, um zu wissen, wie
man den Prozess optimieren kann.
Solargewebe für die autarke Energie-versorgungSolarzellen sind auch das Forschungs-
thema des IPHT-Wissenschaftlers
Dr. Jonathan Plentz. Zusammen mit
Kolleginnen und Kollegen hat er die
Materialbasis und die Herstellungs-
technologie für Solarzellen auf einem
Glasfasergewebe erforscht. „Das
von uns entwickelte Solargewebe ist
extrem leicht und flexibel. Integriert
in Textilien für Bekleidung, Vorhänge
oder Zelte könnte es zur autarken
Stromversorgung von elektrischen
Kleingeräten dienen, die mittlerweile
einen hohen Anteil am Gesamt-Ener-
gieverbrauch haben“, so Plentz.
Für die Herstellung des Solargewebes
haben die IPHT-Wissenschaftlerinnen
„Wir leisten einen Beitrag dazu, dass Wasser stoff in Zukunft fossile Brennstoffe als primäre Energie- quelle ablösen kann.“ // Benjamin Dietzek
Jonathan Plentz prüft den Beschichtungsprozess.Charakterisierung eines Mini-Solarmoduls Solargewebe
» „Uns interessiert vor allem der
Transfer der Elektronen zum Reakti-
onszentrum. Dieser Schritt vollzieht
sich innerhalb von einem Millionstel
Teil einer Millionstel Sekunde“, so
Dietzek. Mit Hilfe der zeitaufgelösten
Spektroskopie kann der Wissenschaft-
ler den Transfer darstellen: Lichtimpul-
se, die etwa 30 Femtosekunden, also
30 Milliardstel Teile einer Millionstel
Sekunde, kurz sind, bilden die Basis
für eine ultraschnelle Kamera. Mit
dieser Kamera können die Bewegun-
gen einzelner Atome und somit der
zeitliche Ablauf des Elektronentrans-
fers aufgenommen werden.
Mit der Resonanz-Raman-Spektroskopie
kann Dietzek erforschen, welche Unter-
einheit des Moleküls das Licht absorbiert
oder welche Einheit in welchem Spekt-
ralbereich an der Absorption des Lichtes
beteiligt ist. Das kann Einfluss auf die
Effizienz der Katalysatoren haben. Denn
je größer der Teil des Sonnenspektrums
ist, welcher absorbiert werden kann,
desto effizienter kann die Wasserstoff-
generierung gestaltet werden.
Durch die Änderung einzelner Parame-
ter, z. B. in der Struktur des Farbstoffes,
der Natur des Reaktionszentrums oder
auch der Verbindung zwischen beiden,
kann Benjamin Dietzek herausfinden,
welchen Einfluss diese Änderungen auf
den Elektronentransfer haben.
„Uns interessiert nicht nur die Photo-
katalytische Wasserspaltung, sondern
auch andere funktionale Grenzflä-
chen. Daher untersuchen wir weitere
Prozesse, bei denen eine molekulare
Interaktionen an festen Grenzflächen
stattfindet“, erklärt Dietzek. Ein aktu-
elles Forschungsobjekt sind farbstoff-
sensibilisierte Solarzellen. Bei dieser
Art der Solarzelle wird Licht von einer
dünnen Farbstoff-Schicht absorbiert,
die sich auf einem Halbleiter befindet,
welche zusammen eine photoaktive
Elektrode bilden. Die freigesetz-
ten Elektronen verlassen über den
und -Wissenschaftler auf einem Glas-
fasergewebe mit eingewebten Me-
tallkontaktdrähten der Firma Vitrulan
in mehreren Schichten Silizium-Dünn-
schicht-Solarzellen präpariert und zu
Mini-Modulen prozessiert. Geschützt
werden diese von einer hochtrans-
parenten Silikonschicht. Die Beson-
derheit des Solargewebes liegt darin,
dass die aufgebrachten Solarzellen
erst nachträglich je nach Anforderung
an Strom und Spannung verschaltet
und konfektioniert werden können.
Dadurch ist eine industrie taugliche,
kostengünstige Herstellung möglich.
„Das Gewebe könnte ähnlich wie Stoff
in Bahnen produziert und nachträglich
frei wählbare Stücke herausgeschnit-
ten werden“, erklärt Plentz. Ein Solar-
gewebe mit einer Größe von 8 cm x
14 cm reicht aus, um ein Smartphone
mit Strom zu versorgen. In einem
nächsten Schritt möchten Plentz und
seine Kolleginnen und Kollegen die
Reproduzierbarkeit der Solarzellen auf
dem Gewebe erhöhen, um dieses Ziel
zu erreichen.
+ Fachbeitrag „Solarzellen auf
Textilien“
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Wissenschaftliche Beiträge in der App
» Ex- und in-vivo Diagnostik mittels
multimodaler Bildgebung
Bocklitz // Dochow // Chernavskaia //
Bekele Legesse // Heuke // Schmitt // Popp
» Identifikation hepatischer Stern-
zellen in Lebergewebe mittels
Raman-Spektroskopie
Galler // Bauer // Popp // Neugebauer
» Raman-Spektroskopie für die
Diagnose von Leberkrebs
Tolstik // Matthäus // Marquardt //
Stallmach // Popp
» Lipide im Inneren von Makropha-
gen verfolgen – Die Entwicklung
von atherosklerotischen Plaques
verstehen
Stiebing // Matthäus // Lorkowski // Popp
» Funktionalisierte SERS Label für
die Tumorzelldetektion
Krafft // Freitag // Popp
» Strukturelle und chemische
Untersuchungen von Zähnen mit
Raman- und FTIR-Spektroskopie
Krafft // Anwar-Alebrahim // Popp
Biophotonik
Im Forschungsschwerpunkt Biophotonik realisiert das IPHT – basierend auf
angewandter Grundlagenforschung – innovative photonische Verfahren und
Werkzeuge für die Molekülspektroskopie und hyperspektrale Bildgebung so-
wie für die faser-, chip- und nanopartikelbasierte Analytik. Die Anwendungs-
felder erstrecken sich von der Grundlagenforschung in den Lebenswissen-
schaften über die Lebensmittel- und Umweltsicherheit bis hin zur klinischen
Diagnostik. Lesen Sie hierzu folgende Beiträge in der App:
» LOC-SERS Detektion von
Methotrexat und Levofloxacin mit
hohem Durchsatz
Hidi // Mühlig // Jahn // Henkel //
Weber // Cialla-May // Popp
» Neuartiges Kalibrierungskonzept
für reproduzierbare, quantitative
LOC-SERS-Messungen
Kämmer // Olschewski // Bocklitz // Rösch //
Weber // Cialla-May // Popp
» Sensoren zur DNA-Detektion
basierend auf lokalisierter
Oberflächenplasmonenresonanz
Jatschka // Csaki // Stranik // Fritzsche
» Beeinflussung des Streulichtes
einzelner Nanopartikel durch sub-
Wellenlängen dicke Interferenz
Schichten
Wirth // Garwe // Bergmann // Stranik //
Csaki // Fritzsche
» Transport von Nanopartikeln in
biologischem Gewebe für
Toxizitätsuntersuchungen
Müller // Stranik // Gläser // Fritzsche
» Vor-Ort-Detektion von Krankheits-
erregern bei Pflanzen mittels
leistungsfähiger On-Chip-
Hybridisierungsstrategie
Schwenkbier // Pollok // Cialla-May //
Weber // Popp
» Einzelvirendetektion mittels einer
Kombination aus Rasterkraft-
mikroskopie mit bildanalytischen
Verfahren
Bocklitz // Kämmer // Stöckel //
Trautmann // Cialla-May // Weber //
Deckert-Gaudig // Zell // Deckert // Popp
» Raman-mikrospektroskopische
Detektion von mikrobiellen
Fleischpathogenen
Meisel // Stöckel // Rösch // Popp
» Nanoskalige Katalyse
Deckert // Singh // Deckert-Gaudig // Zhang
» Untersuchungen an 13CO2-Markie-
rungsexperimenten in der Um-
weltforschung mittels resonator-
verstärkter Raman-Spektroskopie
Frosch // Jochum // Popp
Faseroptik
Der Schwerpunkt Faseroptik be-
treibt Grundlagenforschung zu den
Ausbreitungseigenschaften und zur
effizienten und flexiblen Steuerung
fasergeführten Lichts und erforscht
Fasermodule und -systeme für ein
breites Anwendungsspektrum.
Lesen Sie hierzu folgende Beiträge in
der App:
» Neuartige Hohlkernfasern zur
Lichtübertragung im UV
Hartung // Kobelke // Schwuchow // Wondra-
czek // Bierlich // Popp // Schmidt // Frosch
» Mikrostrukturierte Fasern für kom-
plex-sensorische Applikationen
Kobelke // Bierlich // Wondraczek // Ludwig
// Unger // Schuster
» Optische Eigenschaften von ult-
rareinem Wasser im UV-Spektral-
bereich
Kröckel // Schmidt
» Faser-basierte Mikroresonatoren
für die bio-chemische Sensorik
Wieduwilt // Schmidt
» Yb-dotierte Lanthan/Yttrium-
Alumo-Silikatgläser für Laseran-
wendungen
Litzkendorf // Grimm // Schuster // Pochert //
Ludwig // Schwuchow // Dellith // Bartelt
» Ortsaufgelöste Messung von
Temperatureffekten in Yb-Fasern
während des optischen Pumpens
Leich // Fiebrandt // Schwuchow // Jetschke
// Unger // Jäger // Rothhardt // Bartelt
» Großkernige REPUSIL-Verstärker-
fasern zur Pulsleistungsskalierung
in Stabfasern
Jäger // He // Leich // Grimm // Kobelke //
Zhu // Bartelt
» Getaperter Grundmoden-Faser-
laser mit Wellenlängenstabili-
sierung bei 976 nm und 10 W
Ausgangsleistung
Leich // Jäger // Grimm // Eschrich //
Jetschke // Becker // Hartung // Bartelt
» Plasmonische Bandlücken in
metallgefüllten photonischen Kris-
tallfasern
Spittel // Bartelt // Schmidt
» Erzeugung gechirpter Faser-
Bragg-Gitter im sichtbaren Spek-
tralbereich als Komponenten für
Lasersysteme
Becker // Elsmann // Latka // Rothhardt //
Bartelt
» Phosphatbestimmung in Wasser
mittels online Fluoreszenzdetekti-
on und Fließ-Injektions-Analyse
Kröckel // Schmidt
Photonische DetektionDer Forschungsschwerpunkt befasst
sich mit der Erforschung und Realisie-
rung von Systemen zur hochempfindli-
chen zeit-, orts- und spektralaufgelös-
ten Detektion von Licht. Lesen Sie
hierzu folgende Beiträge in der App:
» Selbstkalibrierende linsenlose
holographische Mikroskopie mit
großem Arbeitsabstand
Riesenberg // Kanka // Grjasnow // Wuttig
» AlN-Dünnschichtmembranen für
neue Sensorsysteme
Goerke // Ziegler
» Ortsaufgelöste Einzel-Photonen-
Detektion mit einem Quanten-
sensor-Array
Ilichev // Oelsner
» Von 2D zu 3D: neue Prozessie-
rungsverfahren für luftgestützt
erfasste Magnetfelddaten
Stolz // Chwala // Schiffler // Queitsch //
Meyer
» Untersuchung intrinsischer Rela-
xationsprozesse zur Optimierung
optisch gepumpter Magnetometer
Scholtes // Woetzel // IJsselsteijn //
Schultze // Meyer
» Großbaustelle 793: Der Karls-
graben im Fokus der Geophysik
Linzen // Schneider // DunkeL // Schiffler //
Stolz // Hübner // Meyer
» Spektroskopische Messungen an
Partikel-beladenen Flammen
Müller // Paa // Wagner // Burkert
» Quarzglas ist nicht gleich Quarz-
glas – Beschleunigte Alterungs-
tests für DUV-Laseranwendungen
Mühlig // Bublitz
» Messung des nichtlinearen
Brechungsindexes ausgewählter
SAL-Gläser
Karras // Litzkendorf // Grimm // Schuster //
Paa // Stafast
» Echte Nanolithographie im Wafer-
Maßstab: Die Elektronenstrahl-
Charakter-Projektion
Hübner // Zeitner
» Thermopile-Chip-Kalorimeter für
die Untersuchung aggregierter
biologischer Proben im segmen-
tierten Fluss
Kessler // Hänschke // May
» Silizium/PEDOT:PSS-Hybrid-Dünn-
schicht-Solarzellen
Andrä // Junghanns // Plentz
» Solarzellen auf Textilien
Plentz // Gawlik // Brückner // Andrä
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35------Bewusstsein für die
Vereinbarkeit von Familie und Beruf
Ein Interview mit Dr. Maria Wächtler
» Frau Wächtler, Sie arbeiten als Wissenschaftlerin Vollzeit am IPHT. Wie gelingt es Ihnen, Beruf und Familie unter einen Hut zu bringen?
Meine Kinder sind 10 und 6 Jahre alt
und tagsüber in der Schule, wo Sie
bis in den Nachmittag betreut werden.
Die Zeit davor und danach muss gut
organisiert sein. Wer holt sie/ihn ab?
Was ist im Krankheitsfall? Wer kauft
das Abendessen ein? Mein Mann fühlt
sich gleichermaßen verantwortlich für
die Betreuung unserer Kinder wie ich.
Aber wir wollen uns beide beruflich
verwirklichen. Zum Glück unterstützen
uns unsere Eltern sehr stark. Zudem
kann ich mich darauf verlassen, dass
das IPHT als Arbeitgeber Rücksicht
auf meine familiäre Situation nimmt.
Welche Maßnahmen zur Verein-barkeit von Beruf und Familie seitens des IPHT nehmen Sie in Anspruch?
Auf jeden Fall das Angebot, meine
Arbeitszeit bei Bedarf flexibel gestal-
ten zu können. Dadurch kann ich auch
mal später kommen oder eher gehen
und nicht erledigte Aufgaben zu
Hause bearbeiten. Das geht natürlich
nicht, wenn ich im Labor Messungen
machen muss, aber für das Schrei-
ben von Publikationen ist das schon
möglich.
Wie reagieren Ihre Kolleginnen und Kollegen darauf?
Nur positiv. Viele meiner Kolleginnen
und Kollegen, davon viele Abteilungs-
leiter, haben selber Kinder und wissen
wie flexibel man oft sein muss. Bei
uns am Institut ist das Bewusstsein
für die Vereinbarkeit von Familie und
Beruf vorhanden.
Chancengleichheit am IPHT
» Die Leibniz-Gemeinschaft verfolgt
im Rahmen ihrer Aktivitäten zur Chan-
cengleichheit das Ziel, Männern und
Frauen abhängig von ihren jeweiligen
Qualifikationen bei der Verwirklichung
ihrer individuellen Karrierewünsche
gleiche Möglichkeiten zu garantie-
ren. In diesem Zusammenhang soll
insbesondere der Anteil von Frauen
in Leitungspositionen kontinuierlich
und zügig erhöht werden. Das IPHT
begrüßt das Engagement der Leibniz-
Gemeinschaft und setzt sich dafür
ein, die Zielvorgaben in angemessener
Frist umzusetzen. Das Institut hat in
der Vergangenheit bereits eine Viel-
zahl von Maßnahmen ergriffen, um in
diesen Bereichen Defizite abzubauen.
Als Herausforderung erweist sich
dabei die Tatsache, dass in der Physik
der Anteil weiblicher Studierender und
somit die Anzahl der Absolventinnen
im Vergleich zu deren männlichen
Kollegen deutlich geringer ist, als dies
zum Beispiel in geistewissenschaftli-
chen Fächern der Fall ist. Aus diesem
Grund ist die Suche nach geeigneten
Kandidatinnen nicht immer einfach.
Für das IPHT bedeutet dies, dass
die Bestrebungen, den Frauenanteil
zu erhöhen nur dann gelingen kann,
wenn der weibliche Nachwuchs be-
reits während des Studiums und der
Promotion ganz gezielt gefördert wird.
Geeignete junge Wissenschaftlerinnen
erhalten eine langfristige Perspektive
am IPHT. Ihnen wird Verantwortung
übertragen, um sie für Aufgaben in
Führungspositionen vorzubereiten
und an das Institut zu binden. Diese
strategische Vorgehensweise trägt
bereits erste Früchte: die Leiterinnen
mehrerer Arbeitsgruppen haben ihre
erfolgreiche wissenschaftliche Lauf-
bahn am IPHT begonnen und parallel
die erforderlichen Leitungskompeten-
zen erworben.
Bei der Neubesetzung von vakan-
ten Positionen in der Abteilungs-
leitung wurden und werden durch
Die Förderung von Wissenschaftlerinnen –
nicht nur in Leitungspositionen– und die
Etablierung von Maßnahmen zur Vereinbar-
keit von Familie und Beruf sind für das
Institut Aufgaben von hoher Priorität. »
Headhunting gezielt geeignete weibli-
che Führungspersönlichkeiten ange-
sprochen und für das IPHT gewonnen.
Ein wichtiger Aspekt ist, die Rahmen-
bedingungen für die Vereinbarkeit von
Familie und Beruf weiter zu verbes-
sern. Die Institutsleitung engagiert
sich dafür, die besonderen familiären
Anforderungen von Wissenschaft-
lerinnen und Wissenschaftlern in
einer angemessenen Art und Weise
zu berücksichtigen. Hierzu zählen u. a.
flexible Arbeitszeiten sowie die Rück-
sichtnahme auf familiärer Interessen
bei der Festsetzung von Terminen und
Arbeitsbesprechungen.
Um diese und weitere Maßnahmen
zukünftig zu optimieren und aus-
zubauen wurde eine Arbeitsgruppe
„Chancengleichheit“ am IPHT initiiert.
Unter der persönlichen Leitung des
wissenschaftlichen Direktors, hat
es sich die AG zum Ziel gesetzt den
Bedarf und geeignete Instrumente zu
ermitteln und die Umsetzung im Ein-
klang mit den Vorgaben der Leibniz-
Gemeinschaft zu forcieren.
„Chancengleichheit ist ein integraler
Bestandteil der Leibniz-Gemeinschaft.
Sie ist fest verankert in unserer Maxime
für Wissenschaft und Forschung, die
talentiertesten, kreativsten und
leistungsfähigsten Köpfe zu gewinnen
und auch zu halten.“ //
Prof. Dr. Matthias Kleiner, Präsident der Leibniz-Gemeinschaft
» Herausragende Forschungs-
leistungen von jungen Wissen-
schaftlerinnen und Wissenschaftlern
des IPHT wurden im vergangenen
Jahr mit einer Reihe von Preisen
und Ehrungen ausgezeichnet. Dies
bestärkt das IPHT in seiner Aufgabe,
den wissenschaftliche Nachwuchs zu
fördern und auszubilden. Denn junge
Fachkräfte sichern Innovationsfähig-
keit, Wachstum und damit auch ein
Stück Zukunft.
Das IPHT unterstützt junge und
talentierte Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler auf allen Stufen ihrer
Karriere – vom Studium, über die Pro-
motion bis hin zur Postdoc-Zeit und
bei Eignung auch bei der Vorbereitung
auf eine Leitungsposition am IPHT.
Zudem können Nachwuchs-Wissen-
schaftlerinnen und -Wissenschaftler
auf Förderinstrumente der Leibniz-
Gemeinschaft zurückgreifen.
Auch bei den ganz Kleinen soll
Begeisterung für Wissenschaft und
Forschung geweckt werden. Daher
beteiligt sich das IPHT jedes Jahr
am Forsche Schüler Tag, einer lokalen
Initiative am Beutenberg Campus in
Jena. Zusammen mit der Friedrich-
Schiller-Universität Jena organisiert
das Institut einmal im Jahr eine
Sommerschule für naturwissenschaft-
lich begeisterte Schülerinnen und
Schüler.
Tatjana Tolstik
2005-2010 Studium der
Biologie an
der Staatlichen
Universität Minsk
2009-2010 Forschungspraktika
an der Friedrich-
Schiller-Universität
Jena
seit 2010 Promotion zum
Thema “Raman-
Spektroskopieba-
sierte Bildgebung
als neue Methode
zur Diagnostik von
Leberkrebs“ _Jou
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Tobias Tieß // Nachwuchspreis der Deutschen Gesellschaft für Angewandte Optik
Wazeem Basheer Karunnapallil // DAAD-Preis für herausragende Leistungen ausländischer Studierender an deutschen Hochschulen
Tatjana Tolstik // Hermann-Strauß Forschungspreis der DCCV
Dr. Maria Wächtler // Albert-Weller-Preis – Deutsche Bunsen-Gesellschaft für physikalische Chemie
Zhenglong Zhang // GCCD Young Researchers Award
Dr. Sebastian Dochow // Preis der Wissen-schaftlichen Gesellschaft Lasertechnik (WLT)
Ausgezeichneter wissenschaftlicher Nachwuchs 2014
Tobias Tieß
2007-2010 Bachelor of Science
Physik
2010-2013
Atlantis-MILMI
Dual Degree Master
Program mit
Aufenthalten an
den Universitäten in
Orlando / USA und Jena
Abschluss
Master of Science in
Photonics und Optics
seit 2013
Promotion zum
Thema „Abstimmbare
Faserlaser basierend
auf Faser-Bragg-
Gitter Arrays“
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» „Dies ist die beste ICORS bisher.“
und „Exzellent organisiert. Die Vorträge
waren hochkarätig.“, resümierten Besu-
cher und würdigten die über zweijährige
Vorbereitungszeit. Jena als international
bedeutendes Zentrum
auf dem Gebiet der
Raman-Spektroskopie
präsentierte sich als
würdiger Gastgeber.
Der Einladung nach
Jena folgten Besucher
aus 47 Ländern von
5 Kontinenten. Neben
Teilnehmern aus Deutschland, waren vor
allem Wissenschaftlerinnen und Wis-
senschaftler aus den USA, Indien, China
und Großbritannien stark vertreten.
Die weiteste Anreise hatten Gäste aus
Neuseeland. Gemeinsam diskutierten
die Teilnehmer Forschungsergebnisse,
Trends und Anwendungsmöglichkeiten
der Raman-Spektroskopie. Das wissen-
schaftliche Programm erstreckte sich
über 413 Vorträge in 79 Sessions, zwei
Posterausstellungen mit 400 Postern
sowie zahlreiche Workshops für Studen-
ten. Parallel zur Konferenz präsentierten
mehr als 50 Industrieaussteller Produk-
te und aktuelle Entwicklungen.
Neben dem exzellenten wissen-
schaftlichen Programm werden den
Teilnehmern die vielfältigen Angebote
des Rahmenprogramms in Erinnerung
bleiben. Hierzu zählten eine Willkom-
mensparty auf dem
Jenaer Abbe-Platz
sowie Stadtführungen
und Exkursionen zu
Sehenswürdigkeiten
im Jenaer Umland. Un-
bestrittener Höhepunkt
war das Gala-Dinner,
das dank der herausra-
genden Unterstützung
der Stadt Jena auf dem historischem
Marktplatz stattfand. Ritter, Gaukler,
Artisten, Tänzer, Musiker und historische
Handwerker nahmen die Besucher mit
auf eine Reise in das Mittelalter.
Mit der erstmaligen Verleihung der
Raman-Awards in den Kategorien
„Lebenswerk“, „Bester Nachwuchsfor-
scher“ und „Innovativste technische
Entwicklung“ wurde die Konferenz
nach sechs Tagen feierlich beendet.
Die kommende ICORS findet 2016 in
Fortaleza in Brasilien statt.
+ ICORS-Imagefilm
Konferenz-Teilnehmer während einer Keynote-Session
Industrieausstellung
Preisträger der Raman-Awards
Get-together
Mittelalterliches Gala-Dinner
Mit über 925 Teilnehmern und Teilneh-
merinnen war die in Jena stattfindende
„XXIV. International Conference on Raman
Spectroscopy“ im August 2014 die bisher
größte Fachtagung seit der ersten ICORS vor
48 Jahren. Die sechstägige Veranstaltung,
welche federführend vom IPHT in Koopera-
tion mit der Friedrich-Schiller-Universität
Jena und dem Abbe Center of Photonics or-
ganisiert wurde, gastierte erstmalig nach 20
Jahren wieder in Deutschland. »
24. Internationale Konferenz für Raman-Spektroskopie
„Dies ist eine sehr schöne Erfolgs-geschichte für Jena, das IPHT und die Universi-tät.“ // Prof. Jürgen Popp, Konferenzleiter
Regional verwurzelt – international vernetzt
» Regionale, nationale und inter-
nationale Kooperationen sind für die
Forschungsarbeit des IPHT von gro-
ßer Bedeutung. Regional besteht eine
enge Anbindung an die Jenaer Hoch-
schulen. Durch die Beteiligung am
Forschungscampus InfectoGnostics
ist das IPHT darüber hinaus in der
Forschungslandschaft Thüringens
stark verwurzelt. Die Mitgliedschaft
in Netzwerken wie „optonet“ und
„medways“ dient der Einbindung in
die regionale Photonikbranche.
National nimmt das IPHT eine Ge-
lenkfunktion zwischen der Photonik
und Lebenswissenschaften dar. Bei-
spielsweise im Rahmen des Leibniz-
Forschungsverbundes „Medizintechnik:
Diagnose, Monitoring und Therapie“
oder durch seine Koordinatorenrolle
des vom Bundesforschungsministeri-
um geförderten „Forschungsschwer-
punkt Biophotonik“.
Das IPHT ist Gründungsmitglied
und Initiator internationaler Netz-
werke wie „Biophotonics4Life“ und
„Photonics4Life“.
W eltweit pflegt das
Institut Kooperationen
mit Partnern aus 49 Ländern.
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Das IPHT auf einen Blick - Kennzahlen aus 2014
3.413,9 T €Industrieprojekte
891,6 T €EU-Projekte
21,3 Mio €Gesamtbudget
6.314,0 T €Nationale Projekte
10.413,7 T €Grundfinanzierung
87Medienberichtein Print, TV und Hörfunk
12EU- finanzierte Projekte
5davon durch IPHT koordiniert
185Referierte Publi kationen
334 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
45Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aktiv in der Lehre
13Patentanmeldungen
5Patenterteilungen
Teilnahmen an
140Konferenzen
14Promotionen
5davon Frauen
86Invited Talks
52 %Drittmittelquote
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Das IPHT feiert dasInternationale Jahr des Lichts
Das IPHT feiert gemeinsam mit den Jenaer Hochschulen,
außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Technologie-
firmen den Auftakt des „Internationalen Jahr des Lichts“. Inhalt-
lich geht es dabei um vier Säulen: Licht-Technologie, Forschung
zum Licht, Licht in der Natur sowie Licht und Kultur. Innerhalb
dieser Themenbereiche sind in Jena zahlreiche Aktionen und
Veranstaltungen geplant. Auftakt war die Wissenschaftsshow
„LICHT-Phänomene“ mit WDR-Moderator Ralph Caspers. »
Das Internationale Jahr
des Lichts ist eine globale
Initiative international täti-
ger Wissenschaftsorganisa-
tionen und der UNESCO. Das
von den Vereinten Nationen
proklamierte Jahr des Lichts
hat zum Ziel, die Bedeutung
und die vielfältigen Facetten
lichtbasierter Technologien
ins Bewusstsein einer breiten
Öffentlichkeit zu rücken.
» Organisiert wurde die Eröff-
nungsveranstaltung in der Jenaer
Sparkassen-Arena durch das IPHT
in Kooperation mit dem Fraunhofer-
Institut für angewandte Optik und
Feinmechanik (IOF), dem städti schen
Eigenbetrieb JenaKultur sowie der
Jena Wirtschaftsförderungsgesell-
schaft. Neben den 2.700 Besuchern
in der ausverkauften Halle verfolgten
die Show 600 Personen bei einem
Public Viewing im Jenaer Stadtzen-
trum sowie mehr 500 Zuschauer
live im Internet. Caspers, bekannt
aus der „Sendung mit der Maus und
„Wissen mach Ah!“, beantwortete
auf der Bühne anhand von spannen-
den Live-Experimenten Fragen rund
um das Thema Licht. Die Fragen
selbst hatten Schülerinnen und Schü-
ler aus Thüringen im Vorfeld der Ver-
anstaltung eingereicht. Show-Acts,
wie der französische „Laserman“
und die Performancegruppe „Feeding
the Fish“, ergänzten die zweistünde
Experimentiershow.
Das IPHT beteiligt sich an einer
Vielzahl weiterer Aktivitäten, die
im Rahmen des Lichtjahres in Jena
stattfinden. Das Institut organi-
siert zusammen mit der Friedrich-
Schiller-Universität Jena und einigen
Instituten des Beutenberg-Campus
die durch STIFT finanzierte Som-
merschule „Biophotonik – Licht für
die Gesundheit“. Die Sommerschule
richtet sich an Schülerinnen und
Schüler der Klassenstufe 10 und 11
an Thüringer Gymnasien, die ein aus-
geprägtes naturwissenschaftliches
Interesse haben. Unter anderem
präsentiert sich das Institut während
der Themenwoche „Highlights der
Physik“. Alleine zu dieser Veranstal-
tung, welche die Universität Jena
gemeinsam mit der Deutschen Phy-
sikalischen Gesellschaft organisiert,
werden in Jena mehrere Tausend
Besucher erwartet.
Mit dem Engagement im Jahr des
Lichts verbindet das IPHT das Ziel,
die junge Generation für Studien-
fächer und Ausbildungsberufe in
den naturwissenschaftlich-techni-
schen und optischen Bereichen zu
interessieren und zu begeistern.
Darüberhinaus soll das Fachpubli-
kum sowie die breite Öffentlichkeit
über die Bedeutung von optischen
und photonischen Technologien aus
Jena zur Lösung von Zukunftsfragen
informiert werden. Die Aktivitäten
in Jena gehen deshalb im Besonde-
ren auf die lange Tradition der Optik
und Photonik am Standort ein.
Weitere Informationen zum Jahr
des Lichts im Internet unter:
www.lichtstadt-jena.de
+ Fernsehaufzeichnung der
Auftaktveranstaltung
Moderator Ralph Caspers im Gespräch mit Jürgen Popp. Laserman Dr. Dieter Weiss (links) und Minister Wolfgang Tiefensee (rechts) experimentieren auf der Bühne.
Abteilungen Gruppen
Organigramm
Forschungseinheiten
Wissenschaftlicher Beirat
_Org
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n
_Org
anis
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Sprecher:
Bern, Schweiz
Mitglieder:
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
University of Adelaide, Australien
Universität Würzburg
IHP Frankfurt / Oder
Helmholtz-Zentrum Berlin & TU Berlin
Universität Innsbruck, Österreich
2014 hinzugekommen:
Alere Technologies GmbH, Jena
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Berlin
Friedrich Schiller Universität Jena
2014 ausgeschieden:
Analytik Jena
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
AIT Austrian Institute of Technology, Wien
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Prof. Dr. Theo Tschudi
Prof. Dr. Cornelia Denz
Prof. Dr. Heike Ebendorff-Heidepriem,
Prof. Dr. Wolfgang Kiefer
Prof. Dr. Wolfgang Mehr
Prof. Dr. Bernd Rech
Prof. Dr. Monika Ritsch-Marte
Eugen Ermantraut
Prof. Dr. Heinz-Wilhelm Hübers
Prof. Dr. Christian Spielmann
Dipl.-Ing. Klaus Berka
Prof. Dr. Carsten Fallnich
Prof. Dr. Wolfgang Knoll
Prof. Dr. Richard Kowarschik
Nanobiophotonik
PD Dr. Wolfgang Fritzsche
Nachwuchsgruppe Faser-spektroskopische Sensorik
Dr. Torsten Frosch
Mikroskopie
Prof. Dr. Rainer Heintzmann
Spektroskopie / Bildgebung
Prof. Dr. Jürgen Popp
Mitgliederversammlung
Strategie und Kommuni kation
Prof. Dr. Benjamin Dietzek //Strategische F & E Planung
Daniel Siegesmund //Öffentlichkeitarbeit & Forschungs-marketing
Faseroptik
Prof. Dr. Hartmut Bartelt
Kuratorium
Dr. Bernd Ebersold //Vorsitzender
Vorstand
Prof. Dr. Jürgen Popp //Wissenschaftlicher Direktor
Frank Sondermann //Kaufmännischer Direktor
Dr. Roland Mattheis //Vorstandsreferent
Forschergruppe Faser sensorik
Prof. Dr. Markus Schmidt
Wissenschaftlicher Beirat
Prof. Dr. Theo Tschudi //Sprecher
Stellvertretender Wissenschaft licher Direktor
Prof. Dr. Hartmut Bartelt
Mitarbeitervertretung
Dr. Gudrun Andrä //Betriebsratsvorsitzende
Manuela Meuters //Gleichstellungsbeauftragte
Verwaltung
Frank Sondermann //Kaufmännischer Direktor
Wissenschaftliche Koordination
Dr. Ivonne Bieber
Quantendetektion
Prof. Dr. Hans-Georg Meyer
Nachwuchsgruppe Klinisch-Spektroskopische Diagnostik
Dr. Ute Neugebauer
Nanoskopie
Prof. Dr. Volker Deckert
Funktionale Grenzflächen
Prof. Dr. Benjamin Dietzek
Mitglieder des IPHT Jena Finanzendes Institutes 2014Institutionelle Mitglieder
Frau Bianca Kizina
MD Dr. Frank Ehrhardt
Dr. Albrecht Schröter
Dr. Jörg Neumann
Prof. Dr. Gabriele Beibst
Dr. Hans-Joachim Freitag
Prof. Dr. Ludwig Schultz
Herrn Ehrhard Bückemeier
Herrn Volker Höhnisch
Herrn Michael Boer
Herrn Dr. Achim Moritz
Herrn Lothar Brehm
Persönliche Mitglieder
Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.
Jena-Cospeda
Innovent e. V., Jena
Thüringer Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur,
Erfurt
Erlangen
Commerzbank AG, Jena
Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.
Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.
Jena
Thüringer Ministerium für Bildung, Wissenschaft und
Kultur, Erfurt, vertreten durch
Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und
Technologie, Erfurt, vertreten durch
Stadt Jena, vertreten durch den Oberbürgermeister
Friedrich-Schiller-Universität Jena, vertreten durch
Fachhochschule Jena, vertreten durch die Rektorin
CiS e. V., Erfurt, vertreten durch
Leibniz-Institut für Festkörper-und Werkstofffor-
schung e.V., Dresden, vertreten durch
Sparkasse Jena, vertreten durch
TÜV Thüringen e. V., Erfurt, vertreten durch
4H Jena Engineering GmbH, vertreten durch
Robert Bosch GmbH, Stuttgart, vertreten durch
j-fiber GmbH, Jena, vertreten durch
Prof. Dr. Hartmut Bartelt
Dr. Klaus Fischer
Prof. Dr. Peter Görnert
Frau Elke Harjes-Ecker
Prof. Dr. Hans Eckhardt Hoenig
Herr Bernd Krekel
Prof. Dr. Jürgen Popp
Herr Frank Sondermann
Prof. Dr. Herbert Stafast
_Org
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n
_Org
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in T €
Institutionelle Förderung (Freistaat Thüringen) 10.413,7
Drittmittel 10.619,5
21.033,2
Institutionelle Förderung: Verwendung
Personalmittel 6.185,2
Sachmittel 3.004,4
Investitionsmittel 1.224,1
10.413,7
Aufgliederung Drittmittel
BMBF / BMU 2.306,3
DFG 566,1
(Zusätzlich haben IPHT-Wissenschaftler an der Universität Jena DFG-Mittel in Höhe von 152,6 T € verausgabt.)
Freistaat Thüringen 3039,1
(davon für Umstrukturierung im Rahmen EFRE: 338,1 T €)
EU 891,6
Aufträge öffentlicher Einrichtungen 102,5
Sonstige Zuwendungsgeber 402,5
Unteraufträge in Verbundprojekten 629,7
FuE-Aufträge inkl. wtL 2681,7
10.619,5
Personaldes Institutes 2014
_Org
anis
atio
n
_Org
anis
atio
n
50------
51------
Impressum
Vollbeschäftigungseinheiten Personen
Institutionelle Förderung
Drittmittel Förderung Sonstiges Summe
Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler 26,2 52,9 - 79,1 84
Gastwissenschaftlerinnen und
-wissenschaftler** - - - - 26
Extern finanzierte Wissenschaft-
lerinnen und Wissenschaftler* - - - - 16
Extern finanzierte Mitarbeiterinnen
und Mitarbeiter* - - - - 2
Extern finanzierte Doktoranden* - - - - 42
Doktoranden 6,5 26,6 - 33,1 56
Technisches Personal 35,1 37,5 - 72,6 77
Kaufmännisches Personal 14,4 - - 14,4 15
Leitung 5,7 3 5 13,7 15
Auszubildende 1 - - 1 1
Gesamtpersonal 88,9 120,0 5,0 213,9 334
* Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die nicht über die Entgeltabrechnung des IPHT vergütet werden bzw. von einer anderen Institution (z. B. FSU)
finanziert werden, aber ihren Arbeitsschwerpunkt am IPHT haben
** Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die im Kalenderjahr 2014 länger als einen Monat am IPHT tätig waren und von einer anderen Institution
finanziert wurden. Keine Anwendung der Stichtagsregelung 31.12.
Herausgeber:Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.
Standort:Albert-Einstein-Str. 9, 07745 Jena
Postanschrift:PF 100 239, 07702 Jena
Telefon | Telefax:+49 (0) 3641 · 206 00 | +49 (0) 3641 · 206 399
Redaktion:Britta Opfer, Daniel Siegesmund, Frances Karlen, Andreas Wolff, Manuela Meuters
Gestaltung & Satz:www.genausonuranders.de
Bilder:Sven Döring _Agentur Focus, Hamburg;
Emanuel Mathias _photomultiple, Leipzig; IPHT Jena
Druck:Grafisches Centrum Cuno GmbH und Co KG, Calbe (Saale)
© IPHT Jena, www.genausonuranders.de _02.2015
www.ipht-jena.de
Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.
Standort:
Albert-Einstein-Str. 9
07745 Jena
Postanschrift:
PF 100 239
07702 Jena
www.ipht-jena.de
Follow us: IPHT_Jena