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Forschungsabteilung Spektroskopie/Bildgebung

Wissenschaftliches Profil

Die Forschungsabteilung fokussiert sich auf die Erforschung, Entwicklung und Umsetzung innovativer optisch/photonischer Verfahren und Werkzeuge für die multiskalige Spektroskopie sowie multimodale Bildgebungsverfahren zusammen mit partikel- und chipbasierten molekularen Point-of-Care-Konzepten für die Analytik, Diagnostik und Therapie in den Bereichen Medizin, Lebens- und Umweltwissenschaften, Qualitäts- und Prozessanalytik sowie Pharmazie. Die Implementierung neuartiger Faserkonzepte für die Spektroskopie und Bildgebung als auch die fasergestützte Sensorik sowie der Einsatz oberflächenverstärkender Raman- und IR-Detektionsverfahren zur Steigerung der Sensitivität spektroskopischer Methoden runden das Forschungsprofil der Abteilung ab. Generell verfolgt die Forschungsabteilung das Ziel, die gesamte Analysemesskette abzudecken, wobei dezentral und laborunabhängig einsetzbare Probenvor- und aufbereitungsmethoden untersucht und in den gesamten Workflow implementiert werden. Zur Auswertung der gewonnenen Daten werden statistische, chemometrische bzw. bildauswertende Verfahren sowie Machine Learning erforscht und zum Einsatz gebracht. 

Design eines miniaturisierten Raman-Systems
Fig. 2: Kompaktes multimodales nichtlineares Mikroskop für die intraoperative Schnellschnittdiagnostik
Dielektrophoretischer Chip mit 20 Kavitäten für die Raman-basierte Pathogendiagnostik und deren Resistenzbestimmung

Forschungsthemen

  • Methodische Entwicklung von molekularem und funktionellem Kontrast-Mechanismen
  • Raman / multimodale Instrumentierung für biomedizinische Fragestellungen; Implementierung bildgebender Verfahren in kompakte Systeme; mixed- and augmented Reality;
  • Erforschung und Realisierung von miniaturisierten kostengünstigen Raman-Systemen
  • Raman-spektroskopische Charakterisierung und Identifizierung von Pathogenen und deren Antibiotikaresistenzen (RamanBioAssay)
  • Implementierung von spektraler Sensorik, Mikrofluidik, optische Fasern, Chip- und Nanopartikelbasierten Konzepten in kompakte miniaturisierte Setups;
  • Forschung zu vor Ort und laborunabhängigen Probenvorbereitungs- und Behandlungsstrategien als wesentliche Werkzeuge für den Erfolg neuer Detektionssysteme und -methoden zur Abdeckung der gesamten Analysekette;
  • Forschungsaktivitäten zu oberflächenverstärkten Detektionsverfahren zur Erhöhung der Empfindlichkeit spektroskopischer Methoden für biowissenschaftliche Fragestellungen ;
  • Hochsensible Raman-Gassensoren zur Untersuchung von Umweltfragen;
  • Untersuchung neuartiger Hohlkernfasern für hochsensible Anwendungen Raman Sensoren;
  • Mustererkennung, multivariate und hyperspektrale Datenanalyse (Datenvisualisierung, -verarbeitung); Gerätesteuerung.

Die Suche nach neuen molekularen und funktionalen Kontrastmechanismen, deren Implementierung in innovative spektraloptische Verfahren und die darauf aufbauende Instrumentierung sind eine zentrale Herausforderung. Hierbei werden zwei  komplementäre Ansätze verfolgt: Während ein Top-down-Ansatz auf der Basis physikalischer Messmethoden zur Spezifitäts- und Sensitivitätssteigerung herangezogen werden kann, stellt die Erforschung, Entwicklung und Integration von innovativen Markern und Labeln einen Bottom-up-Ansatz zur chemischen Kontrastierung dar.  

Die Erforschung, Entwicklung und Implementierung von innovativen Technologien und Verfahren zielen insbesondere darauf ab,

  • die Krankheitsdiagnostik zu verbessern (qualitativ und quantitativ);
  • tiefgehende Einblicke in die Dynamik von Lebensprozessen zu ermöglichen;
  • neue Anwendungsfelder der optischen Technologien für biomedizinische, umwelt- und lebenswissenschaftliche Kooperationspartner erschließen.

Anwendungsbereiche

  • Mikrobielle Photonische Diagnostik (Erreger / Wirt / companion)
  • Infektionsdiagnostik
  • Spektrale Histopathologie (Molekülspektroskopie, hochauflösend und hyperspektrale Bildgebung)
  • Medizinische, Umwelt-, Pharma-, Lebensmittel- und Prozessanalytik

Arbeitsgruppen

AG Molekulare Bildgebung

Prof. Dr. Jürgen Popp

Molekulare Bildgebung
AG Raman. und Infrarot-Histopathologie

Dr. Christoph Krafft

Überblick
Multimodale Instrumentierung

Dr. Iwan Schie

Oberflächenverstärkte Schwingungsspektroskopie

Dr. Dana Cialla-May

AG Faser-spekroskopische Sensorik

Dr. Torsten Frosch

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