Voraussetzungen für die Teilnahme:

• Nur Fachstudium

• Studium im Master-Studiengang Advanced Optical Technologies (MAOT),Life Science Engineering (LSE), Chemie- und Bioingenieurwesen (CBI), Medizintechnik (MT) oder Computational Engineering (CE)

• Grundkenntnisse im Bereich Optik und Zellbiologie

Prüfungsleistung:
Schriftliche Klausur (90 min.)
Voraussetzung zur Teilnahme an der schriftlichen Klausur ist ein Leistungsnachweis in Form eines themenbezogenen Vortrages innerhalb der Übung.

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• Mikroskopie: Grundlegende Konzepte und Kontrastverfahren, Auflösungsvermögen und Grenzen, Aufbau und Komponenten von Lichtmikroskopen, Fluoreszenz-Mikroskopie

• Anwendungen von Fluoreszenz-Mikroskopie im Life Science Bereich, Verfahren zur Markierung biologischer Strukturen und Vorgänge in Zellen

• Epifluoreszenz, Konfokal-, Multiphotonen-Mikroskopie, Konzepte und Anwendungsbeispiele

• Optische Endoskopie und Endomikroskopie in Forschung und Klinik

• Super-Resolution Mikroskopie, Konzepte und Anwendungsbeispiele für optische Bildgebung jenseits der beugungsbedingten Auflösungsgrenze

• High Throughput Screening, Optische Methoden zur schnellen Überprüfung der Reaktion von Zellen auf Wirkstoffe

Lernziele und Kompetenzen:

• Lernziele der Vorlesung sind auf der einen Seite ein Verständnis für die grundlegenden Konzepte und deren technischen Umsetzungen, und auf der anderen Seite die zielgerichtete Anwendung optischer Technologien auf Fragestellungen im Bereich Life Sciences und Medizin.

• Darüber hinaus sollen Vor- und Nachteile einzelner Technologien und deren Grenzen in der Umsetzung herausgearbeitet werden.

• Die Studierenden sollen in die Lage versetzt werden, optische Methoden zur Beantwortung spezifischer Fragestellungen in den Life Sciences auszuwählen und Experimente zu planen unter Berücksichtigung der technischen Stärken und Grenzen.

• Die Studierenden vertiefen selbst ein ausgewähltes Thema auf Basis von wissenschaftlicher Primärliteratur und präsentieren das Thema in einem Vortrag im Rahmen der Übung. Ein weiteres Ziel neben der inhaltlichen Vertiefung ist hier die Vermittlung von soft skills für die Vorbereitung eines Vortrags in englischer Sprache, wie das Filtern und Strukturieren der wesentlichen Informationen, die Vortrags-Planung, Ausgestaltung der Folien und Verbesserung der Präsentationsfähigkeiten.

• Michael W. Davidson et al: Microscopy Primer, http://micro.magnet.fsu.edu, umfassendes Online-Lehrwerk über grundlegende Mikroskopieverfahren und neueste technische Entwicklungen

• Bruce Alberts: Molecular Biology of the Cell, 4th Edition, New York, Garland Science Publisher. Standardlehrwerk für die Zellbiologie.

• Ulrich Kubitschek: Fluorescence Microscopy: from Principles to Biological Applications, Wiley-VCH Verlag.

• Douglas Chandler & Robert Roberson: Bioimaging: Current Concepts in Light and Electron Microscopy, Jones and Bartlett Publishers.

Title:

Optical Technologies in Life Science

Credits: 5

Prerequisites

Combined lecture and Seminar, 4 SWS

Requirements:

• Master Studies in Advanced Optical Technologies (MAOT), Life Science Engineering (LSE), Chemical and Bioengineering (CBI), Medical Technology (MT), Computational Engineering (CE)

• Basic knowledge of optics and cell biology

Exam:

• Written exam (90 min.)

• Admission to the exam requires a presentation within the seminar about a specific topic associated to the lecture content.

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Contents

• Microscopy: Basic concepts, methods to enhance contrast, optical resolution and limits, components and setup of light microscopes, fluorescence microscopy

• Applications of fluorescence microscopy in life sciences, methods for labeling of biological structures and cellular processes´

• Epi-fluorescence, confocal and multiphoton microscopy, concepts and application examples

• Optical endoscopy and endomicroscopy in research and clinics

• Super-resolution microscopy, concepts and applications for optical Imaging beyond the diffraction Limit of Resolution

• High throughput screening, optical methods for screening cellular responses to chemical substances and medication

Learning objectives and competences:

• The main learning objective are a profound understanding of the basic concepts of optical technologies in life sciences and specific technological solutions on the one hand, and focused application of these technologies to fundamental research question in life sciences and medicine.

• In particular, advantages and limitation of individual technologies will be worked out and compared directly.

• Students will gain competence to select optical methods to answer specific research question in life science, and to plan scientific experiments under consideration of Advantages and limitations of required technologies.

• Students will study a specific topc in depth based on primary scientific literature and give a presentation about this topic in the seminar. Besides the in-depth study of the Content, this will also strengthen the ability to filter and structure relevant information from the litaerature, to select and prepare contents for presentation slides, and finally improve presentation skills as important soft skills for scientific work.

Literature

• Michael W. Davidson, Florida State University: Optical Microscopy Primer. http://micro.magnet.fsu.edu/primer/ . Comprehensive online learning resource from basic microscopy to the most recent technologic advances an application.

• Bruce Alberts: Molecular Biology of the Cell, 4th Edition, New York, Garland Science Publisher. Reference textbook for the biology of the cell.

• Ulrich Kubitschek: Fluorescence Microscopy: from Principles to Biological Applications, Wiley-VCH Verlag

• Douglas Chandler & Robert Roberson: Bioimaging:Current Concepts in Light and Electron Microscopy, Jones and Bartlett Publishers.