In der vorliegenden Arbeit soll ein Mess- und Automatisierungssystem für einen vorgegebenen mechanischen Versuchsaufbau entwickelt werden. Dieses soll auf die wissenschaftlichen Forschungsvorhaben in Bezug auf die für die Weiterentwicklung der PTT erforderliche individuelle Parametrierbarkeit eingehen.
In den letzten zwei Jahrzehnten wurde das Potential der Nanotechnologie für diagnostische und therapeutische Zwecke entdeckt und Nanopartikel in der Krebstherapie eingesetzt. Als Nanopartikel werden künstlich hergestellte Partikel bezeichnet, die auf Grund ihres Größenbereich von 1-100 nm, mit dem sie ähnliche Dimensionen wie Proteine (Enzyme, Antigene, Antikörper), oder die der DNA aufweisen, denen besonderes Interesse in der Biomedizin zukommen. Vor allem Nanopartikel aus Metall, wie Gold, deren Oberfläche sich leicht mit Liganden modifizieren lässt und besondere optische und physikochemische Eigenschaften aufweisen, ermöglichen nicht nur den Einsatz in der Diagnostik (Lateral Flow Tests), sondern auch in der Therapeutik (Drug-Delivery).
Gold-Nanostäbchen stellen eine besondere Form der Goldnanopartikel dar und sind durch ihr großes Oberflächen-Volumenverhältnis, bei dem das Licht sehr effizient absorbiert und in Hitze umgewandelt werden kann besonders attraktiv für die PTT. Außerdem besitzen Goldnanopartikel die Eigenschaft, dass sich die Lage ihrer LSPR-Bande und somit die Wellenlänge des absorbierten Lichtes, nicht ausschließlich über ihrer Größe, wie es bei sphärischen Goldnanopartikel der Fall ist, sondern ihrem Längen-/Breitenverhältnis bestimmt. Diese Besonderheit ermöglicht es, die LSPR-Bande der Goldnanostäbchen, auch bei kleinen Durchmessern, in den infraroten Bereich zu bewegen, zumal die messbare Lichtstreuung mit größer werdenden Goldnanopartikel teils stark zunimmt. Dies hat einen negativen Einfluss auf den Anteil des absorbierten Lichtes und somit auf die Effizienz des photothermalen Effekts.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Aufgabenstellung und Zielsetzung
- 2.1. Einstellen der Bestrahlungsparamater selektiv
- 2.2. Einstellung der Bestrahlungsparameter gruppiert
- 3. Grundlagen
- 3.1. RS-232
- 3.2. D/A-Wandlung
- 3.3. Schrittmotoren
- 4. Ist-Zustand der Hardware
- 4.1. Aufbau
- 5. Steuerung
- 6. Anforderungen an das LICSY
- 6.1. Anforderung an die Entwicklungsumgebung
- 6.2. Anforderungen an das Anwenderprogramm
- 6.2.1. Struktur
- 6.2.2. Modularität
- 6.2.3. Erweiterbarkeit
- 6.3. Funktionale Anforderungen
- 6.3.1. Vorgabe von Bestrahlungsparametern
- 6.3.2. Referenzfahrt
- 6.3.3. Vorheizen des Lasers
- 6.3.4. Parkposition nach Abarbeitung
- 6.3.5. Anforderung an den Ablauf
- 6.4. Anforderungen an die Sicherheit
- 6.5. Anforderungen an die Benutzeroberfläche
- 7. Realisierung und Implementierung
- 7.1. Steuerung
- 7.1.1. RS-232 Einbinden
- 7.1.2. Tabellenwerte einlesen
- 7.1.3. Tabellenwerte ausgeben
- 7.1.4. Teilen in zwei Bytes
- 7.2. Software-Grundstruktur des LICSYS
- 7.2.1. Event-Struktur
- 7.2.2. Zustandsautomat
- 7.2.3. Producer/Consumer Loop
- 7.2.4. Funktionale globale Variable
- 7.3. Benutzeroberfläche
- 7.3.1. Aufbau
- 7.3.2. Sicherheit
- 7.3.3. Komfort
- 8. Einsatz des Systems
- 8.1. Synthese und Funktionalisierung von Gold-Nanostäbchen
- 8.2. Isolation von Immunzellen
- 8.3. Bestrahlung im Versuchsaufbau
- 8.4. Ergebnisse und Fazit
- 9. Zusammenfassung und Ausblick
- 10. Anhang
- 10.1. Programm
- 10.1.1. Project Explorer
- 10.1.2. Main VI und Producer Consumer Loops
- 10.1.3. Sub VIS
- 10.1.4. Controls
- 11. Literaturverzeichnis
- 12. Abkürzungsverzeichnis
- 13. Abbildungsverzeichnis
- 14. Tabellenverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit dem Aufbau und der Erprobung einer computergestützten Laserbestrahlungs-Apparatur für die Photothermale Therapie (PTT). Die Arbeit zielt darauf ab, eine sichere und benutzerfreundliche Apparatur zu entwickeln, die die gezielte Bestrahlung von Zellen mit Laserlicht ermöglicht. Die Apparatur soll dabei die flexible Einstellung und Steuerung der Bestrahlungsparameter, wie Laserleistung, Bestrahlungsdauer und -position, ermöglichen.
- Entwicklung einer computergestützten Laserbestrahlungs-Apparatur
- Steuerung der Bestrahlungsparameter für die Photothermale Therapie
- Sicherstellung der Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit des Systems
- Einsatz der Apparatur in der Forschung an der Photothermalen Therapie
- Erprobung und Evaluierung des entwickelten Systems
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung stellt die Relevanz der Photothermalen Therapie (PTT) als vielversprechende Alternative zur Behandlung von Krebserkrankungen dar. Sie beleuchtet die Herausforderungen konventioneller Therapieformen wie Chemotherapie, Strahlentherapie und chirurgische Resektion und führt die Vorteile der PTT mit Gold-Nanopartikeln aus. Die Einleitung erläutert die Funktionsweise der PTT und die Mechanismen, die zur Schädigung der Krebszellen führen.
Kapitel 2 definiert die Aufgabenstellung und Zielsetzung der Arbeit. Es werden die spezifischen Anforderungen an die computergestützte Laserbestrahlungs-Apparatur, die die Durchführung von PTT ermöglicht, erläutert. Die Kapitel beschreibt die notwendigen Funktionen, die die Apparatur erfüllen muss, um die flexible Einstellung und Steuerung der Bestrahlungsparameter zu ermöglichen.
Kapitel 3 behandelt die technischen Grundlagen der Apparatur. Es werden die Funktionsweisen der verwendeten Komponenten, wie RS-232 Schnittstellen, D/A-Wandler und Schrittmotoren, detailliert erklärt. Dieses Kapitel liefert das technische Fundament für die Entwicklung und Realisierung des Systems.
Kapitel 4 beschreibt den Ist-Zustand der Hardware, auf der die Apparatur aufgebaut ist. Es werden die spezifischen Komponenten und deren Eigenschaften sowie die bestehende Konfiguration des Systems vorgestellt. Dieses Kapitel legt den Grundstein für die Weiterentwicklung und die Implementierung der neuen Apparatur.
Kapitel 5 präsentiert die Steuerung der Apparatur. Dieses Kapitel beschäftigt sich mit der Steuerung der Bestrahlungsparameter und der Kommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten des Systems. Es werden die Funktionsweisen der Steuerungslogik und die Datenübertragungsprozesse im Detail erläutert.
Kapitel 6 definiert die Anforderungen an das LICSY, die Software, welche die Apparatur steuert. Es werden die Anforderungen an die Entwicklungsumgebung, das Anwenderprogramm sowie die funktionalen Anforderungen, die Sicherheit und die Benutzeroberfläche des LICSY definiert. Diese Anforderungen dienen als Leitfaden für die Entwicklung und Implementierung der Software.
Kapitel 7 beschreibt die Realisierung und Implementierung der Apparatur. Es werden die einzelnen Schritte der Entwicklung, die verwendeten Programmiersprachen, die eingesetzten Tools und die konkrete Umsetzung der Funktionen erläutert. Dieses Kapitel zeigt die praktische Umsetzung der in den vorherigen Kapiteln definierten Anforderungen.
Kapitel 8 behandelt den Einsatz des entwickelten Systems. Es werden konkrete Anwendungsbeispiele aus der Forschung an der Photothermalen Therapie vorgestellt. Das Kapitel beschreibt die Synthese und Funktionalisierung von Gold-Nanostäbchen, die Isolation von Immunzellen und die Bestrahlung im Versuchsaufbau.
Schlüsselwörter
Photothermale Therapie (PTT), Laserbestrahlung, Gold-Nanopartikel, Krebserkrankungen, Zelltod, Apparatur, Steuerung, Softwareentwicklung, Sicherheit, Benutzeroberfläche, Forschungsanwendungen.
- Quote paper
- Marvin Haferkamp (Author), 2020, Eine computergestützte Laserbestrahlungs-Apparatur für die Photothermale Therapie (PTT). Aufbau und Erprobung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/998265
