Manual accuracy in microsurgery is reduced by tremor and limited access. A surgical approach through the middle ear also puts delicate structures at risk, while the surgeon is often working at an unergonomic position. At this point a micromanipulator could have a positive influence. A system was developed to measure “working accuracy”, time and precision during manipulation in the middle ear. 10 ENT- surgeons simulated a perforation of the stapedial footplate on a modified 3D print of a human skull in a mock OR. Each trial was repeated more than 200 times aiming manually and using a micro-manipulator. Data of over 4000 measurements was tested and graphically processed. Work strain was evaluated with a questionnaire. Accuracy for manual and micromanipulator perforation revealed a small difference. Learning curves showed a stronger decrease both in deviation and time when the micromanipulator was used. Also a lower work strain was apparent. The micromanipulator has the potential as an aiding device in ear surgery. / Die manuelle Genauigkeit in der Mikrochirurgie wird duch Tremor und limitierten Zugang eingeschränkt. Ein chirurgischer Eingriff am Mittelohr birgt außerdem ein Verletzungspotential für empfindliche anatomische Strukturen. Überdies ist die Sitzposition des Operateurs oft unergonomisch. Ein neuartiger Mikromanipulator kann auf diese Faktoren einen positiven Einfluss haben. Eine spezielle Software wurde entwickelt und Genauigkeit, Zeit und Präzision bei einem Eingriff am Mittelohr zu bestimmen. 10 Kopf- Hals- Chirurgen simulierten die Perforation der Steigbügelfußplatte an einem 3D Modell eines menschlichen Schädels in einem Demonstrations- OP. Jeder Versuch wurde mehr als 200 mal zunächst manuell und später mit Hilfe des Mikromanipulators wiederholt. Die Daten von mehr als 4000 Messversuchen wurden getestet und grafisch dargestellt. Die Arbeitsbelastung wure mittels eines Fragebogens evaluiert. Manuelle und mikromanipulatorgestütze Genauigkeit zeigten einen signifikanten, jedoch ,absolut betrachtet,sehr geringen Unterschied der Genauigkeit. Die Lernkurven zeigten einen steileren Verlauf sowohl im Hinblick auf Genauigkeit als auch Versuchszeit, wenn der Mikromanipulator zur Anwendung kam. Weiterhin war eine geringere Arbeitsbelastung zu erkennen. Der Mikromanipulator birgt Potential als kompaktes Hilfsmittel für die Ohrchirurgie.

The thesis concerns polyelectrolyte gels in contact with oppositely charged proteins and surfactant micelles, and includes of four papers (I-IV). In paper I confocal Raman spectroscopy was introduced as a method to trace micelles and investigate the structure of gel-surfactant complexes, in phase separated gel spheres. In paper II, the binding of surfactants to microspheres (~50-100 µm) was investigated by means of a micromanipulator-assisted microscopy method. The two surfactants were found to display qualitative difference respect to degree of swelling, surfactant distribution in the gels, and the difference is discussed in terms of absence/presence of hydrophobic attraction to the polyelectrolyte gel network. Kinetics of volume change in gels were analyzed. Aggregation numbers of micelles in polystyrenesulfonate (PSS) solutions, obtained from fluorescence quenching measurements, are presented. In paper III, phase behaviour, protein assembly and diffusion, was studied in PSS gel microspheres. Interpretation of results was aided by measurements of osmotic swelling of individual gel networks, and by combining the results with studies of protein diffusion in macroscopic (cm-sized) gel spheres. Complexes formed were further analyzed with small angle x-ray spectroscopy. In paper IV phase behaviour of mixed ionic/nonionic surfactant micelles is investigated in cm-sized gel spheres. The coexistence of three phases, the formation of dense shells in the bulk of the gels and other phenomena are described for the first time, and the results are presented along with discussion on the charge-density of spherical micelles and of  network induced hysteresis effects in gels. The composition and microstructure of phases are investigated by confocal Raman spectroscopy and small-angle x-ray scattering respectively. The results are interpreted with aid of highly detailed theoretical model calculations.

Nous avons utilisé la méthode de CEMOVIS (Cryo-Electron Microscopy Of Vitreous Sections) pour étudier l’ultrastructure des cellules HT29 (lignée cancéreuse colique humaine) et plus particulièrement l’organisation de la chromatine au sein du noyau. Pour améliorer la méthode, nous avons développé un micromanipulateur qui facilite la collecte des coupes et leur transfert sur la grille. Nous avons également cherché à préparer de nouveaux films métalliques (en remplacement du carbone) permettant une meilleure adhésion des coupes sur le support Au vu des premiers tests réalisés, les films de TiO2 que nous avons fabriqués au laboratoire et caractérisés par microscopie électronique (HR, spectroscopie et cartographie EELS) semblent offrir des perspectives intéressantes que nous attribuons à leur propriétés de conducteur électrique à basse température (ce qui reste à démontrer). Les organites cellulaires (noyaux, réseaux de filaments du cytosquelette, systèmes multilamellaires) ont été identifiés in situ. Les conditions d’imagerie choisies nous ont permis d’obtenir une résolution permettant d’identifier les deux feuillets des bicouches membranaires. Dans le noyau, nous avons observé des motifs striés, distants de 2.7 à 3.5 nm que nous attribuons à la molécule d’ADN enroulée autour du cœur d’histones. Comparées aux images de phases denses de nucléosomes, ces images suggèrent que les nucléosomes (jamais identifiés in situ jusqu’à présent) présentent un ordre très local au sein de la chromatine, que nous discutons à la lumières des modèles polymériques actuels. / The ultrastructure of HT29 cells (human epithelial adenocarcinoma cell line) was studied by CEMOVIS (Cryo-Electron Microscopy of Vitreous Sections) with a special emphasis on chromatin organization in the cell nucleus. We proposed methodological improvements for this technique:- We first developed a grid holding micromanipulator to facilitate both cryosections collect and deposition on carbon-coated TEM grids.- We also developed new metallic thin films (to replace carbon-base supports) to enhance the adhesion of cryosections on their support. The TiO2 thin films that we produced and analysed by electron microscopy (high resolution imaging, EELS and chemical mapping) seem to be an interesting alternative to carbon films for the deposition of cryosections. Their adhesive properties could be due to Titanium high electric conductance at low temperature (although this relation has not been clearly demonstrated yet).In HT 29 cells, we indentified cell organites (nucleus; cytoskeleton filament bundles, multilamellar bodies) in situ. Selected imaging conditions provide for a high enough resolution to visualise the two membrane leaflets. In the cell nucleus, we observed striated patterns separated from 2.7 to 3.5 nm that we assume to be DNA molecule turns wrapped around the histone protein core. Compared with the dense phases formed in vitro by nucleosome core particle in solution, our images suggest that nucleosomes are locally ordered in chromatin. This observation is discussed regarding the chromatin polymeric models.

Manual accuracy in microsurgery is reduced by tremor and limited access. A surgical approach through the middle ear also puts delicate structures at risk, while the surgeon is often working at an unergonomic position. At this point a micromanipulator could have a positive influence. A system was developed to measure “working accuracy”, time and precision during manipulation in the middle ear. 10 ENT- surgeons simulated a perforation of the stapedial footplate on a modified 3D print of a human skull in a mock OR. Each trial was repeated more than 200 times aiming manually and using a micro-manipulator. Data of over 4000 measurements was tested and graphically processed. Work strain was evaluated with a questionnaire. Accuracy for manual and micromanipulator perforation revealed a small difference. Learning curves showed a stronger decrease both in deviation and time when the micromanipulator was used. Also a lower work strain was apparent. The micromanipulator has the potential as an aiding device in ear surgery.:Inhaltsverzeichnis 2 Bibliografische Beschreibung 3 Referat 3 1 Einführung 4 1.1. Mittelohrchirurgie= Mikrochirurgie 4 1.1.1. Stapedotomie- Operationsprinzip 4 1.1.2. Mögliche Komplikationen einer Stapedotomie durch manuelle Manipulation 4 1.2. Chirurgische Genauigkeit 5 1.3. Störfaktoren der Genauigkeit bei einem mittelohrchirurgischen Eingriff 6 1.3.1. Physiologische Limitationen der menschlichen Hand 6 1.3.2. Ergonomie des mittelohrchirurgischen Eingriffs 7 1.3.3. Besondere Bedingungen des mikrochirurgischen Eingriffs 8 1.4. Chirurgische Assistenzsysteme 8 1.5. Ziel der Arbeit 13 2 Publikationsmanuskript 15 3 Zusammenfassung 24 4 Literaturverzeichnis 30 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 36 Curriculum Vitae 37 Danksagung 39 / Die manuelle Genauigkeit in der Mikrochirurgie wird duch Tremor und limitierten Zugang eingeschränkt. Ein chirurgischer Eingriff am Mittelohr birgt außerdem ein Verletzungspotential für empfindliche anatomische Strukturen. Überdies ist die Sitzposition des Operateurs oft unergonomisch. Ein neuartiger Mikromanipulator kann auf diese Faktoren einen positiven Einfluss haben. Eine spezielle Software wurde entwickelt und Genauigkeit, Zeit und Präzision bei einem Eingriff am Mittelohr zu bestimmen. 10 Kopf- Hals- Chirurgen simulierten die Perforation der Steigbügelfußplatte an einem 3D Modell eines menschlichen Schädels in einem Demonstrations- OP. Jeder Versuch wurde mehr als 200 mal zunächst manuell und später mit Hilfe des Mikromanipulators wiederholt. Die Daten von mehr als 4000 Messversuchen wurden getestet und grafisch dargestellt. Die Arbeitsbelastung wure mittels eines Fragebogens evaluiert. Manuelle und mikromanipulatorgestütze Genauigkeit zeigten einen signifikanten, jedoch ,absolut betrachtet,sehr geringen Unterschied der Genauigkeit. Die Lernkurven zeigten einen steileren Verlauf sowohl im Hinblick auf Genauigkeit als auch Versuchszeit, wenn der Mikromanipulator zur Anwendung kam. Weiterhin war eine geringere Arbeitsbelastung zu erkennen. Der Mikromanipulator birgt Potential als kompaktes Hilfsmittel für die Ohrchirurgie.:Inhaltsverzeichnis 2 Bibliografische Beschreibung 3 Referat 3 1 Einführung 4 1.1. Mittelohrchirurgie= Mikrochirurgie 4 1.1.1. Stapedotomie- Operationsprinzip 4 1.1.2. Mögliche Komplikationen einer Stapedotomie durch manuelle Manipulation 4 1.2. Chirurgische Genauigkeit 5 1.3. Störfaktoren der Genauigkeit bei einem mittelohrchirurgischen Eingriff 6 1.3.1. Physiologische Limitationen der menschlichen Hand 6 1.3.2. Ergonomie des mittelohrchirurgischen Eingriffs 7 1.3.3. Besondere Bedingungen des mikrochirurgischen Eingriffs 8 1.4. Chirurgische Assistenzsysteme 8 1.5. Ziel der Arbeit 13 2 Publikationsmanuskript 15 3 Zusammenfassung 24 4 Literaturverzeichnis 30 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 36 Curriculum Vitae 37 Danksagung 39