Sensorik
Alle biochemischen Reaktionen, die für die Zellfunktionen verantwortlich sind, laufen entweder exotherm oder endotherm an bestimmten Stellen in den Zellorganellen ab, die unterschiedlichen Sauerstoffbedingungen ausgesetzt sind, und werden im Wesentlichen durch die intrazelluläre Temperaturverteilung mitreguliert. In einem lebenden Objekt werden sowohl die intrazelluläre Sauerstoffkonzentration als auch die lokale Temperatur streng reguliert und innerhalb enger physiologischer Grenzen gehalten. Im Idealfall könnte die nicht-invasive intrazelluläre Thermometrie und Oximetrie dazu verwendet werden, viele funktionelle Merkmale biologischer Proben, ihr physiologisches Verhalten unter verschiedenen Bedingungen, Stoffwechselparameter und Reaktionen auf medikamentöse Behandlung oder andere äußere Stimuli wie chemische und umweltbedingte Belastungen zu untersuchen.
Neben der Problematik der Verkleinerung der Sensortechniken im Bereich der Biowissenschaften ist die Notwendigkeit minimal-invasiver Messinstrumente unabdingbar. Eine leistungsfähige und elegante Lösung dieser Sensorprobleme zeigt der Prozess der Triplett-Triplett-Annihilations-Upconversion (TTA-UC): Anstelle einer einzelnen Materialantwort auf den einwirkenden Parameter (Probentemperatur, lokale Viskositätsänderung oder Variation der Sauerstoffkonzentration) wird eine ratiometrische Materialantwort geliefert. Die TTA-UC beruht auf optisch erzeugten, dicht besetzten organischen Triplett-Ensembles, in denen der intermolekulare Energietransfer stark von einer Vielzahl von Umgebungsparametern abhängt, wie z.B. Temperatur, Viskosität, Vorhandensein von Schwermetallatomen oder Oxidationsmitteln sowie von der Kontamination mit molekularem Sauerstoff. Die Nutzung der gegenseitigen Abhängigkeit der Restphosphoreszenz des Sensibilisators und der verzögerten Fluoreszenz des Emitters von den einwirkenden Parametern gewährleistet eine inhärente / sofortige Kompensation in Bezug auf andere unerwünschte lokale Änderungen der Probenparameter.
Unsere Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung einer Sensortechnologie, die auf einer rein optischen und minimalinvasiven Echtzeitprüfung der lokalen Temperatur und Sauerstoffkonzentration in menschlichen Sentinel-Lymphknoten basiert, um zwischen gesunden und bösartigen Zellen zu unterscheiden. Besonderes Augenmerk wurde auf die Fähigkeit gelegt, die Reaktion des T&O2-Sensorsystems mit Nanobeschränkung bei Wellenlängen anzuregen und zu beobachten, die optimal mit dem Transparenzfenster der wichtigsten organischen Substanzen übereinstimmen, die die menschliche Brusthaut bilden. Diese Ziele wurden erreicht, indem die Techniken der Annihilations-Upsonversion und der Miniemulsionspolymerisation zusammengeführt wurden. Das anfängliche Ziel unserer Forschung ist der metastasierende Brustkrebs, wobei später auch andere Krebserkrankungen (z. B. Vulva-, Nieren-, Darm- und Magenkrebs) in Betracht kommen.
