Moderne Gravitationswellenobservatorien wie LIGO, Virgo und KAGRA sowie zukünftige Projekte wie LISA sind unverzichtbare Werkzeuge für das Verständnis der physikalischen Prozesse, die im gesamten Universum ablaufen. Die Komplexität und die schiere Menge der von ihnen gelieferten Daten machen die Analyse jedoch zu einer rechnerisch anspruchsvollen Aufgabe. Ziel meiner Doktorarbeit ist es, die Analyse der Daten dieser Observatorien durch den Einsatz moderner Techniken des maschinellen Lernens, darunter die simulationsbasierte Inferenz (SBI), zu optimieren.

Photoaktive Moleküle mit präzise einstellbaren Absorptions- und Emissionseigenschaften spielen in Bereichen wie der Photokatalyse und der grünen Synthese eine Schlüsselrolle. Während diese Feinabstimmung herkömmlicherweise durch die Veränderung der Länge des π-konjugierten Chromophors erreicht wird, nutzen wir die Donor- Akzeptor-Substitution in kompakten aromatischen Bausteinen, um diese Abstimmung zu erreichen und zu verstehen, wie diese Moleküle bestimmte photochemische Prozesse antreiben.

Hirnverletzungen und Neurodegeneration führen zu irreversiblem Neuronenverlust. Dieses Projekt modelliert die Verletzungsumgebung des erwachsenen menschlichen Gehirns durch Dezellularisierung von Hirngewebe adulter Patienten und Charakterisierung der extrazellulären Matrix (ECM). Strategien, abgestorbene Neurone zu ersetzen, einschließlich der Transplantation humaner iPSC-abgeleiteter Neuronen sowie der Reprogrammierung von iPSC-abgeleiteten oder aus Resektionsmaterial isolierten adulten Astrozyten, werden untersucht, um Bedingungen zu definieren, die neuronalen Ersatz über verschiedene Erkrankungen und Altersstufen hinweg ermöglichen.

Quantencomputer besitzen das Potenzial, klassische Probleme wie komplexe Simulations-, Optimierungs- und Kryptografieaufgaben erheblich zu beschleunigen, setzen dafür jedoch skalierbare und robuste Qubit-Technologien voraus. Halbleiter-Spin-Qubits vereinen lange Kohärenzzeiten mit etablierten, industriellen Fertigungsprozessen. Dieses Projekt fokussiert sich auf die Implementierung präziser Zwei-Qubit-Gatter, welche dann zu Multi-Qubit-Arrays erweitert und deren Leistungsfähigkeit mit Quantenalgorithmen und umfassenden Benchmarking-Verfahren validiert werden.

Dieses Projekt untersucht, wie subkortikale Strukturen wie Amygdala, Thalamus, Basalganglien, Kleinhirn und Hippocampus soziale Kognition beeinflussen. Mit hochauflösender fMRT, Diffusions-MRT und Computermodellen wird erforscht, wie Verbindungen zwischen Subkortex und Kortex Empathie, Perspektivübernahme und emotionale Regulation ermöglichen.

Visuelles perzeptuelles Lernen (VPL) ist eine Form von visuellem Fähigkeitslernen, das bei Erwachsenen untersucht wurde, um neuronale Lernmechanismen zu identifizieren. Es ist jedoch nicht bekannt, ob Kinder ähnliche neuronale Lernmechanismen für VPL benutzen. In diesem Projekt werden wir nicht-invasive Bildgebung des Gehirns verwenden, um neuronale Mechanismen von VPL zu messen und zwischen Kindern und Erwachsenen zu vergleichen. Wir hoffen dadurch herauszufinden, ob und wie sich Lernen von der Kindheit zum Erwachsenenalter verändert.

Die Zytotoxizität organischer Zinnverbindungen ermöglicht deren Einsatz in der Chemotherapie von Krebserkrankungen. Organozinn-Chalkogenidcluster setzen bei ihrer Zersetzung im Sauren neben organischer Zinnverbindungen auch hochgradig toxisches Chalkogenwasserstoff frei. Damit die Cluster biokompatibel sind, müssen sie mit Biomolekülen modifiziert werden. Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Synthese von biofunktionalisierten Organozinn-Chalkogenidclustern sowie deren Zersetzungsverhalten.

Der Proteinimport in Mitochondrien wird durch die Präsequenz-Translokase der inneren Membran (TIM23-Komplex) vermittelt. Während Tim17 eine zentrale Rolle für die Translokation durch die Innenmembran hat, ist die genaue Funktion von Mgr2, einem kleinen Transmembranprotein, bislang unklar. Ziel dieses Projekts ist es, die Rolle von Mgr2 für den Proteinimport, die Insertion in die Innenmembran und die Stabilität der Translokase mithilfe genetischer, biochemischer und struktureller Ansätze zu untersuchen.

Nicht-elektrische Aktoren stellen eine vielversprechende Alternative für nachhaltige und abgelegene Anwendungen dar. Das Forschungsvorhaben befasst sich mit der Entwicklung thermischer Mikroaktoren auf Basis thermomagnetischer Dünnfilme, welche die materialspezifische Eigenschaft des Magnetisierungsverlustes bei Überschreiten der Curie-Temperatur ausnutzen, um eine kontrollierte mechanische Bewegung zu erzeugen. Im Gegensatz zu konventionellen Aktoren, die elektrisch angeregt werden, erfolgt die Ansteuerung dieser Systeme rein thermisch. Dadurch entfällt der Bedarf an kontinuierlicher elektrischer Energiezufuhr, was den Energieverbrauch erheblich reduziert.

Dieses Projekt untersucht, wie schwefelhaltige Aminosäuren die Thiolierung von tRNAs in Endothelzellen beeinflussen und somit die Proteinsynthese während des Gefäßwachstums regulieren. Die Erforschung des humanen endothelialen tRNA-Thioepitranskriptoms soll neue Mechanismen der Translationskontrolle aufdecken und Ansätze für therapeutische Interventionen bei pathologischer Angiogenese eröffnen.