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Der Jahresbericht als App für das iPad

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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

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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

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» 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.

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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

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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

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» 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

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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.

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Abteilungen Gruppen

Organigramm

Forschungseinheiten

Wissenschaftlicher Beirat

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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

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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

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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

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Personaldes Institutes 2014

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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

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