Jahresbericht 2018-2019

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 und Therapie  Biophotonik und optische Gesundheitstechnologien  Lokalisierung, Identifizierung und Strukturanalyse von Biomolekülen, Biopartikeln sowie biologischen Geweben für biomedizinische Fragestellungen wie Infektionskrankheiten, Krebs- diagnostik sowie Umwelt- und Lebensmittelsicherheit 74 — FORSCHUNG Innerhalb der letzten Jahre hat die Arbeitsgruppe Popp einen multimodalen nichtlinearen Bildge- bungsansatz erforscht, der das Potenzial hat, Tu- morgewebe und den Erfolg einer Operation direkt im Operationssaal zuverlässig zu beurteilen. Der Ansatz kombiniert verschiedene nichtlineare bild- gebende Verfahren wie die Zwei-Photonen-ange- regten Autofluoreszenz (TPEF), der Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) und der kohärenten Anti-Stokes-Raman-Streuung (CARS). Für eine klinische Anwendung wurde dieser Ansatz in ein kompaktes, kliniktaugliches Mikroskop überführt. Um die Anwendbarkeit dieses multimodalen Mik- roskopieansatzes für ein In-vivo-Gewebescreening weiter auszudehnen, wurden auch verschiedene Intraoperative Diagnose, Monitoring und Therapie mittels nicht-linearer spektroskopischer Multi-Kontrast-Bildgebung Abb. 1. Multimodale nichtlineare Bild- gebung einer menschlichen Hautgewebe- probe vor (a-d) und nach 20 s Behandlung mit einem kalten atmosphärischen Plasma: (a) TPEF; (b) CARS; (c) SHG; (d) Zwei- Photonen-angeregtes FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy) vor der Behandlung; (e) Zwei-Photonen-angeregtes FLIM nach 20 s Plasma-Behandlung; (f) Hellfeld-Mikroskopie-Bild einer AgNO3- Melanin-Färbung (Bild angepasst von [2]). endospektroskopische Sondenkonzepte realisiert. In enger Zusammenarbeit mit der Gruppe von PD Dr. Thomas Bocklitz wurden innovative Bildaus- wertungsalgorithmen für die Übersetzung der multimodalen Bilder in quantitative Diagnosemar- ker entwickelt. Kürzlich konnte die Arbeitsgruppe Popp zeigen, dass der realisierte multimodale Bildgebungsansatz (I) sich mit der Lasergewebe- ablation für die gewebespezifische Laserchirurgie kombinieren lässt und (II) zur Visualisierung von kalten atmosphärischen Plasma-induzierten Ge- webeveränderungen zur Online-Überwachung einer Wund- oder Krebsbehandlung eignet. [1] Zirak P., et al. (2018). A rigid coherent anti-Stokes Raman scattering endoscope with high resolution and a large field of view. APL Photonics, DOI: https://doi.org/10.1063/1.5027182. [2] Meyer T., et al. (2019). Multimodal Nonlinear Microscopy for Therapy Monitoring of Cold Atmospheric Plasma Treatment. Micromachines, DOI: 10.3390/ mi10090564. [3] Meyer T., et al. (2019). CARS-imaging guidance for fs- laser ablation precision surgery. Analyst, DOI: 10.1039/ c9an01545k.