Doppel-Laser-Spektrometer

• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573573612

Vor seiner Berufung am Fachbereich Physik der RPTU hat der Leiter der antragstellenden Forschungsgruppe bedeutende Beiträge zur Laser-basierten Infrarot (IR)-Spektroskopie geleistet, insbesondere unter Nutzung der Kontrolle über die Schwingungen von breitbandigen IR-Lichtwellen. Die hier beantragte Laserinfrastruktur wird die Hauptforschung der neuen Arbeitsgruppe ermöglichen – und damit eine Fortführung dieser Arbeiten. Damit planen wir, unsere Kernkompetenzen in der IR- und der feldaufgelösten Spektroskopie im Besonderen, an der RPTU zu konsolidieren und weiterzuentwickeln. Zudem soll die Spektroskopie-Infrastruktur für explorative Zusammenarbeiten genutzt werden. Wir haben uns für eine Hochleistungs-Zweikanal-Femtosekunden-Laserarchitektur entschieden, wobei die Pulse jedes Kanals von einem unabhängigen modellgekoppelten Oszillator mit einer Wiederholfrequenz von >75 MHz erzeugt werden. Dieses System wird die Grundlage für eine ultrabreitbandige spektrale Abdeckung bilden, vom nahen IR- bis zum fernen IR-/Terahertz-Bereich. Die Doppel-Oszillator-Konfiguration bietet höchste Flexibilität für Scan-basierte Messmethoden. Die wissenschaftliche Nutzung kann in drei Bereiche unterteilt werden: (i) Erforschung der fundamentalen Grenzen der Empfindlichkeit, des Dynamikbereichs und der Geschwindigkeit in der IR-Spektroskopie. Diese Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Laserspektroskopie bildet die Kernkompetenz der beantragenden Gruppe. Mit Hilfe der beantragten Infrastruktur soll untersucht werden, welches Spektroskopie-Schema in unterschiedlichen Spektralbereichen am besten geeignet ist und ein quantitatives Verständnis dafür entwickelt werden, wie viel Information über biologische Proben (z.B. biologische Gase und Zellen) damit extrahiert werden kann. (ii) Implementierung einer auf IR-Spektroskopie basierenden Einzelzell-Durchflusszytometrie mit hohem Durchsatz. Mit den Erkenntnissen aus (i) werden wir an der RPTU das erste breitbandige, zerstörungs- und markierungsfreie und chemisch spezifische Durchflusszytometer, mit Messzeiten von <1 ms/Zelle implementieren. In enger Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Biologie werden wir die Leistungsfähigkeit unserer neuen Methode in einer Reihe von Experimenten untersuchen, die tiefere und schnellere Einblicke in die Funktion und Verteilung von Zellen ermöglichen sollen. Dazu gehören die Bewertung der Zellfitness und die Identifizierung von zirkulierenden Krebszellen unter gesunden Zellen. (iii) Messungen biologischer Gase mit hohem Dynamikbereich und hoher spektraler Auflösung. Mit der gleichen Infrastruktur werden hochauflösende Messungen von Gasen möglich sein. Nach der Bewertung der Performance unseres Spektrometers mit synthetischen Gasproben planen wir Pilotexperimente in enger Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Biologie. Dazu gehören die Identifizierung von atembasierten Biomarkern für die Alzheimer-Krankheit und die Analyse des durch Krankheitserreger verursachten Pflanzenvolatiloms.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Doppel-Laser-Spektrometer
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
• Leiter: Professor Dr. Ioachim Pupeza