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.

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

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

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