Fakultätsbericht 2016-2017

Lehrstuhl für Physikalische Chemie (Material- und Biophotonik) Prof. Dr. Dr. h.c. Jürgen Popp Forschungsschwerpunkte  Erforschung und Anwendung innovativer frequenz-, zeit- und ortsaufgelöster lasermikrospektrosko- pischer Methoden  Erforschung und Anwendung linearer und nicht-linearer Raman-Technologien mit besonderem Fokus auf klinischer Diagnostik  Molekulares multidimensionales Imaging  Implementierung Faser-, Chip- und Nanopartikel-basierter Methoden  Lokalisierung, Identifizierung und Strukturanalyse von Biomolekülen, Biopartikeln (wie z. B. Viren, Eukaryonten, Prokaryoten) sowie biologischen Geweben für biomedizinische Fragestellungen wie Infektionskrankheiten, Krebsdiagnostik sowie Umwelt- und Lebensmittelsicherheit  Biophotonik und photonische Gesundheitstechnologien  Ableitung von Struktur-Eigenschafts- und Struktur-Dynamik-Beziehungen 60 — FORSCHUNG Die AG Popp hat innerhalb der letzten Jahre sig- nifikante Fortschritte in Richtung der Anwendung der Raman-Spektroskopie als schneller Vor-Ort Nachweis von einzelnen Mikroorganismen für eine effiziente Gesundheitsdiagnostik, Luft- und Bodenkontrolle sowie Lebensmittelanalytik ge- macht. Die Anwendung der Raman-Spektroskopie als Point-of-Care -Test erfordert innovative und auf das Problem abgestimmte Probennahme- Ansätze. In diesem Zusammenhang hat die AG Popp neue Strategien zur spezifischen und zer- Kultivierungsfreie Isolierung und Identifizierung von Mikroorganismen störungsfreien Isolierung und Anreicherung von Bakterien aus komplexen Matrizes (z. B. Körper- flüssigkeiten, Lebensmittel, Wasser etc.) erforscht. Dieses Verfahren der Raman-spektroskopischen Identifizierung von Mikroorganismen wurde in ein automatisiertes Messsystem, den Bio-Partikel Explorer, überführt. Aktuelle Highlights in diesem Zusammenhang sind (I) die Entwicklung eines Mikrofluidik-Chips mit eingebrachten Elektroden für eine schnelle Raman-Testung auf Antibiotika- resistenzen (in Kooperation mit Prof. Dr. U. Neu- gebauer) sowie (II) die Charakterisierung und Identifizierung schwer zu analysierender Bakte- rien, wie z. B. Mycobacterium spp ., deren Kultur im Fall der hochinfektiösen Spezies mindestens acht Wochen benötigt, während mittels des Bio- Partikel Explorers eine Identifizierung innerhalb weniger Stunden möglich ist. [1] Kusić, D., Ramoji, A., Neugebauer, U., Rösch, P., Popp, J. (2016): Raman spectroscopic characterization of packaged L. pneumophila strains expelled by T. thermophila. Anal. Chem., 88, 2533-2537. DOI 10.1021/acs.analchem.5b04699. [2] Kumar B.N., V., Guo, S., Bocklitz, T., Rösch, P., Popp, J. (2016): Demonstration of carbon catabolite repression in naphthalene degra- ding soil bacteria via Raman spectroscopy based stable isotope probing. Anal. Chem., 88, 7574-7582. DOI 10.1021/ acs.analchem.6b01046. [3] Pahlow, S., Stöckel, S., Pollok, S., Cialla-May, D., Rösch, P., Weber, K., Popp, J. (2016): Rapid identification of Pseudomonas spp. via Raman Spectroscopy Using Pyoverdine as Capture Probe. Anal. Chem., 88, 1570−1577. DOI 10.1021/acs.analchem.5b02829. Abb. 1. Raman-Mitelwertspektren von Mycobacterium spp. (links), Mikroskopaufnahme von gefärbten L. pneumophila in einem Biofilm (oben Mitte) und einem Wimperntierchen (unten Mitte) und Änderungen in den Raman-Mitelwertspektren von R. opacus durch isotopenmarkierte Substanzen.