Biophotonik und Nanobiotechnologie - Raman-Mikroskopie und -Spektroskopie in Bioanalytik, Biomedizin und Biophysik -

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Im Zentrum der Forschungsarbeiten stehen Proteine, wobei neben dem Nachweis (Bioanalytik) und der Lokalisierung (Biomedizin) von Proteinen auch die Charakterisierung von Proteinen und von Protein-Protein-Wechselwirkungen (Biophysik) bearbeitet wird. Hierzu werden verschiedene mikroskopische und spektroskopische Techniken der Biophotonik und Nanobiotechnologie eingesetzt, die auf der Raman-Streuung beruhen. Der Nachweis und die Lokalisierung von Proteinen erfolgt mittels oberflächenverstärkter Raman-Streuung (SERS) an chemisch und biochemisch modifizierten Nanopartikeln. Wichtigster Vorteil im Vergleich zu etablierten Fluoreszenz-Methoden ist das deutlich höhere Potential zur simultanen Detektion einer Vielzahl von Proteinen („Multiplexing“). Eine SERS-basierte Detektion bietet enorme Vorteile für die klinische Diagnostik. So erfordert der Nachweis von Proteinen in Immunoassays über SERS-markierte Antikörper mit einer hoch parallelen Detektion deutlich weniger Zeit und geringere Probenvolumina als entsprechende sequentielle Messungen. Die Lokalisierung von Proteinen in Zellen und Geweben mittels SERS-Mikroskopie eröffnet neue Dimensionen in der Zellbiologie. Gemeinsam mit Pathologen arbeiten wir an dem Fernziel einer individualisierten Patienten-Diagnostik. Für die Charakterisierung von Protein-Disulfiden sowie von Protein-Protein-Wechselwirkungen in wässriger Umgebung ist die klassische Raman-Spektroskopie unter variablen Anregungsbedingungen ideal geeignet. Diese Arbeiten sollen zu einem grundlegenden Verständnis von Prozessen wie der molekularen Erkennung beitragen. Um die Aufnahme von Wirkstoffen in Zellen ohne störende externe Marker verfolgen zu können, wird eine auf der kohärenten Anti-Stokesschen Raman-Streuung (CARS) basierende Methodik entwickelt.