Die Verwendung klassischer biologischer Standardverfahren wie Fluoreszenzmikroskopie und Polymerase-Kettenreaktion (PCR) in Korrelation mit schwingungsspektroskopische Methoden wie IR- und Raman-Spektroskopie erweitern die analytischen Möglichkeiten in der Biologie und der Medizin erheblich. Diese markerfreien nicht-destruktiven Messmethoden und insbesondere Weiterentwickelungen wie die kohärente Anti-Stokes Raman-Spektrosopie (coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy – CARS), die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (Surface-enhanced Raman Spectroscopy – SERS) und die spitzenverstärkte Raman Spektroskopie (Tip-enhanced Raman Spectroscopy – TERS) ermöglichen molekülspezifische Untersuchungen mit hoher Abbildungsgeschwindigkeit (CARS), höchster Sensitivität (SERS) und höchster Ortsauflösung (TERS). Im Rahmen dieser Arbeit wurden diese Techniken in Kombination mit multivariaten Datenanalysemethoden wie der Hauptkomponentenanalyse (Principal Component Analysis - PCA), den supported vector machines (SVM) und einer „spectral unmixing method“ (N-FINDR Algorithmus) für die Untersuchung an humanen Darmkrebszellen der Zelllinie HT29 angewendet. Die Ergebnisse zeigen das Potential der verwendeten Messmethoden für die Untersuchung komplexer biologischer Proben auf. Sowohl auf dem Gebiet der Untersuchung von Variationen innerhalb ein und der selben Zelllinie und als auch auf dem Gebiet der hochortsaufgelösten markerfreien Charakterisierung der Lipid- und Proteinverteilung innerhalb der intakten Zellmembran sind die Ergebnisse wegweisend.