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Multimodale Instrumentierung

Wissenschaftliches Profil

Die Arbeitsgruppe ‘Multimodale Instrumentierung’ beschäftigt sich mit der anwendungsorientierten Entwicklung neuer optischer Geräte und faseroptischer Sonden sowohl für die Grundlagenforschung, die medizinische ex-vivo und in-vivo Diagnostik, als auch für die industrielle Prozessanalytik. Dabei kommen spektroskopische, fluoreszenz-basierte und interferometrische Methoden zum Einsatz.

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ‚Multimodale Instrumentierung’ ist die Entwicklung und Optimierung von Raman-Geräte die speziell für die Zell- und Gewebeanalyse genutzt werden. Das beinhaltet unter anderem Verbesserungen in der Messgeschwindigkeit, um damit den erreichbaren Probendurchsatz zu erhöhen oder zeitabhängige Prozesse zu überwachen. Es werden Geräte entwickelt, die speziell auf Anwendungen zugeschnitten sind, um so den maximalen Informationsgehalt aus den Raman-Messungen zu erreichen und die Raman-Spektroskopie zu optimieren.

Abb. 1: Endoskopische faseroptische Sonde für die in vivo Raman-Spektroskopie, entworfen und entwickelt von der Gruppe Multimodalen Instrumentierung
Abb. 2: Klinische in vivo-Anwendungen der Raman-Plattform, die von der Gruppe Multimodalen Instrumentierung entwickelt wurden.
Abb. 3: Hochdurchsatz-Screening Ramanspektroskopie-Plattform für markierungsfreie Cellomics

Forschungsthemen

Entwicklung von optischen Instrumenten, schnelle Hochdurchsatz-Raman-Systeme, Endoskopie-Raman-Sonden, tragbaren Raman-Sonden, endoskopische piezo-basierten multimodalen Sonden, Raman-Bildgebungssystemen, Fluoreszenzmikroskopie, Fluoreszenz-Lebensdauer-Bildgebung, MUSE und optischer Kohärenztomographie für die Diagnose

Implementierung von Raman-Screening-Plattformen mit hohem Durchsatz für die Charakterisierung von Zellen.

  • Implementierung der Fähigkeit lebender Zellen zur Echtzeitüberwachung von Zellreaktionen
  • Kombination der Raman-Mikroskopie mit der quantitativen Phasenabbildung
  • Entwicklung eines Glykogen-Assays auf Raman-Basis
  • Charakterisierung dern Wechselwirkungen zwischen Wirkstoff und Zelle
  • Intrazelluläre Lipidbiologie und intrazelluläre Lipidomik

Entwicklung von scannenden und nicht scannenden endoskopischen Sonden für die medizinische Diagnostik und industrielle Verarbeitung

  • Entwicklung einer diagnostischen faseroptischen Sonde, die drei optische Modalitäten integriert (Raman-Spektroskopie, SHG (Second Harmonic Generation) und OCT (optische Kohärenztomographie)) für eine hochauflösende Lokalisierung struktureller und chemischer heterogener Regionen (MultiFib, FKZ 01KL1904)
  • Raman-Bildgebung unter Verwendung einer faseroptischen Sonde, die auf der computerbildbasierten Beurteilung von Positionsinformationen und der gleichzeitigen Erfassung spektroskopischer Informationen basiert.
  • Entwicklung von faseroptischen Sonden für In-vivo-Anwendungen
  • Design und Entwicklung (Zusammenarbeit mit der Abteilung Faserforschung und -technologie) von antiresonanten Hohlkernfasern für die Raman-Sensorik mit extrem niedrigem Hintergrund.
Abb. 4: Die Gruppe Multimodale Instrumentierung

Anwendungsbereiche

In-vivo medizinische Anwendung: 

  • Entwicklung einer medizinischen Raman-Plattform für die klinische Diagnostik zur in vivo Erfassung von Raman-Spektren. Die zugehörige faseroptische Raman-Sonde kann in Kombination mit einem Endoskop mit Arbeitskanal, z.B. einem Zystoskop, eingesetzt werden.
  • Zellforschung (Krankheitsdiagnose, Arzneimittel - Zellinteraktionen).
  • Raman-basierte Assays
  • Pharmazeutische Anwendungen
  • Charakterisierung des Herzgewebes und Lokalisierung von fibrotischen Streifen
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