Mikroelektronische und Optische Systeme für die Biomedizin

Schnelle Diagnose von Krankheiten mit optischen Mikrosystemen

 

Fraunhofer IPMS

Webinar

"Smart Systems for Medical and Health"

Dr. Michael Scholles

28. Mai 2020 (14 Uhr)

Optische Mikrosysteme ermöglichen schnelle Diagnose von Krankheiten

Wenn ein Patient mit unspezifischen Symptomen zum Arzt geht, dann braucht dieser eine sehr gute diagnostische Kompetenz. Technische Lösungen basierend auf Mikrosystemen können Mediziner bei der Suche nach der Krankheitsursache unterstützen, mithilfe visueller Bildgebung sowie optischer und chemischer Sensorik. Das Fraunhofer IPMS arbeitet im Projektzentrum MEOS „Mikroelektronische und Optische Systeme für die Biomedizin“ in Erfurt interdisziplinär mit dem Fraunhofer IOF und dem Fraunhofer IZI an innovativen Systemen, die es ermöglichen, Krankheiten frühzeitig zu erkennen.

© Fraunhofer IPMS
Mikroscannerspiegel des Fraunhofer IPMS.

Kernkomponenten der im Projektzentrum realisierten Systeme sind oftmals die am Fraunhofer IPMS entwickelten Biosensoren, die es ermöglichen, Krankheiten durch die Analyse von Fluiden zu detektieren. So sind beispielsweise Spuren spezieller Gase in der Atemluft ein frühes Zeichen verschiedener Krankheiten, einschließlich Krebs. Eine spektroskopische Atemluftanalyse kann diese Gase erkennen und eine rechtzeitige Diagnose und damit eine zeitnahe Therapie ermöglichen. Entsprechende, im Alltag einsetzbare Systeme der chemischen Sensorik basieren auf einem MEMS-Ionenmobilitätsspektrometer, mit dem Verfahren zum Schnelltest bereitgestellt werden können. Die miniaturisierte optische Sensorik eignet sich für die Point-of- Care-Diagnostik. Das bedeutet, dass anstelle einer zeitaufwändigeren Laboruntersuchung eine Analyse unmittelbar vor Ort erfolgen kann. Die Sensorik nutzt dafür optimierte Bauelemente wie Mikroringresonatoren mit funktionalisierter Oberfläche. Durch das Andocken von Antikörpern an der Oberfläche ändern sich die optischen Eigenschaften dieser Bauelemente, sodass diese mit einer hohen Sensitivität und hohem Durchsatz detektierbar sind.

Optische Mikrosysteme des IPMS können zudem helfen, unterschiedliche Zellarten einfach und schnell voneinander zu unterscheiden. So können z.B. Krebszellen gezielt mit Fluoreszenzmarkern gekennzeichnet werden. Ein optisches System kann Tumorgewebe dann in Echtzeit von gesunden Bereichen unterscheiden und die Mediziner so während eines chirurgischen Eingriffs in der vollständigen Tumorresektion unterstützen. Das Fraunhofer IPMS und das Fraunhofer IZI entwickeln in Kooperation mit den Helios-Kliniken Erfurt zu diesem Zweck ein Fluoreszenz-Laser-Scanning-Konfokalmikroskop, für dessen Bildaufnahme MEMS-Mikroscannerspiegel verwendet werden.

Darüber hinaus entwickelt das Fraunhofer IPMS gemeinsam mit den Partnern in Erfurt optische Module für die hochaufgelöste Mikroskopie mit deutlich reduzierter Phototoxizität. Optimierte MEMS-Mikrospiegelarrays des Fraunhofer IPMS, die als Flächenlichtmodulatoren wirken, arbeiten dabei in Kombination mit speziellen Optiken. Durch den Einsatz von zwei Mikrospiegelarrays in einem extra konstruierten optischen Aufbau lässt sich eine Kontrolle des einfallenden Lichts in Raum und Winkel bzw. die Projektion definierter Muster erreichen. Auf diese Weise können Gewebeproben in einem sehr schonenden Verfahren hochauflösend untersucht werden.

 

Fraunhofer IPMS

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"Smart Systems for Medical and Health"

Dr. Michael Scholles

28. Mai 2020 (14 Uhr)

Projektzentrum MEOS

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