Willkommen auf der Website des Fachgebiets Biophotonik – Medizintechnik

Prof. Dr. Torsten Frosch,
Fachgebietsleiter

Wir erforschen neuartige laserspektroskopische Messtechniken für die personalisierte Medizin und das Therapiemonitoring. Somit tragen wir dazu bei, Krankheiten frühzeitig zu erkennen, schnell und spezifisch zu diagnostizieren sowie personalisiert zu therapieren.

Mittels ausgefeilter Techniken der optischen Mikroskopie und Bildgebung in Verbindung mit molekülspezifischen, markierungsfreien, spektroskopischen Methoden können wir z.B. Prozesse in Zellen, Krankheitsmarker und Wirksubstanzen direkt und ohne invasive Eingriffe untersuchen. Im Fokus unserer Forschung stehen das Design neuartiger photonischer Verstärkungstechniken und der Aufbau von miniaturisierten, flexiblen Sensorsystemen für den Einsatz am Point-of-care für die personalisierte Theranostik.

Wir sind Mitglied im Forschungsfeld Matter and Materials (wird in neuem Tab geöffnet) sowie im Centre for Synthetic Biology (wird in neuem Tab geöffnet) der TU Darmstadt.

Unsere Forschung zeichnet sich durch interdisziplinäre Ansätze auf dem Gebiet der Biophotonik aus. In unserem Team arbeiten wir an der Schnittstelle zwischen Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften sowie Medizin und Lebenswissenschaften.

Wir nutzen hierbei modernste Methoden der Photonik, einer Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Somit erforschen wir neuartige spektroskopische und bildgebende optische Verfahren, die in der modernen Gesundheitsforschung eine herausragende Rolle spielen. Mit diesen Messtechniken können wir pathologische Veränderungen und zelluläre Anomalien mit ihren dynamischen biochemischen und molekularen Änderungen korrelieren und somit Krankheiten früher erkennen und genauer diagnostizieren.

Der Fokus unserer Forschungsarbeiten liegt auf der hochselektiven und sensitiven Schwingungsspektroskopie (Raman- und Infrarotspektroskopie). Hierfür erforschen wir neuartige photonische Methoden für die Signalverstärkung und Instrumentierung. Wir schlagen hierbei eine Brücke, von der Erforschung der Grundlagen innovativer optischer Sensorprinzipien, über deren Realisierung in Systeme und Instrumente, bis hin zur Translation in medizinische Anwendungen und der Umsetzung in neuartige High-Tech-Medizintechnikgeräte.

Wir gliedern unsere Arbeiten in vier Forschungslinien, um aktuelle Schwerpunktthemen aus dem Gesundheitssystem aufzugreifen und zur besseren Therapie wichtiger Volkskrankheiten beizutragen.

Highlights

Drug-Target-Wechselwirkungen

Detaillierte Einblicke in die molekularen Wechselwirkungen des Antimalariawirkstoffs Artesunat mit seiner Zielstruktur β-Hämatin (Hämozoin) sind von größter Bedeutung für das maßgeschneiderte Design zukünftiger effizienter Antimalariamittel. Diese Erkenntnisse wurden durch eine neuartige Kombination aus Resonanz-Raman-Spektroskopie, zweidimensionaler Korrelationsanalyse und Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen von β-Hämatin und seinen Komplexen mit dem Wirkstoff gewonnen.

Publikation

Robert Domes und Torsten Frosch, Analytical Chemistry 95, Nr. 34, 2023: 12719–31. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c01415 (wird in neuem Tab geöffnet).

Hochdurchsatz-Spektroskopie

Die parallelisierte multifokale Raman-Differenzspektroskopie macht selbst kleinste spektrale Unterschiede sichtbar, die durch schwache Wechselwirkungen zwischen Substanzen entstehen. Der neue experimentelle Aufbau ermöglicht die Untersuchung kleinster Veränderungen aufgrund biochemisch wichtiger molekularer Wechselwirkungen und eröffnet neue Wege zur Durchführung von Arzneimittel-Assays und zur hochgradig parallelisierten Überwachung chemischer Reaktionen.

Publikation

Sebastian Wolf, Robert Domes, Andreas Merian, Christian Domes, and Torsten Frosch, Analytical Chemistry 94, Nr. 29, 2022: 10346–54,https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c00222 (wird in neuem Tab geöffnet).

UV-Raman-Spektroskopie

Die Tief-UV-Resonanz-Raman-Spektroskopie ermöglicht eine hohe Empfindlichkeit für die Quantifizierung des Antimalariawirkstoffs Ferroquin in der Nahrungsvakuole eines parasitären Erythrozyten und gibt Einblicke in das hervorragende Permeationsverhalten durch die parasitophoren Membranen, welches zu einer starken Anreicherung am Wirkort innerhalb von Plasmodium falciparum führt.

Publikation

Robert Domes und Torsten Frosch, Analytical Chemistry 95, Nr. 19, 2023: 7630–39, https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c00539 (wird in neuem Tab geöffnet).