Sensorsysteme und Systemintegration

Die hochauflösende Bildgebung von Centimeter großen und dicken Proben ist eine Herausforderung, da Licht diese kaum zu durchdringen vermag. Der Schichtweise Abtrag in Kombination mit systematischer 2D-Bildgebung kann eine Lösung für optisch und mechanisch heterogenes Material sein [1]. Ein starker Hintergrund von defokussiertem Licht reduziert jedoch Kontraste gerade in der Fluoreszenzmikroskopie deutlich. Wir entwickeln an Verfahren zur Unterdrückung dieses Hintergrundes, mit dem Ziel zellulärer Auflösung in Centimeter Tiefe.

[1] Foo W, Wiede A, Bierwirth S, Heintzmann R, Press AT, Hauswald W. Automated multicolor mesoscopic imaging for the 3-dimensional reconstruction of fluorescent biomarker distribution in large tissue specimens. Biomed Opt Express. 2022;

Konfokale Raman-Mikroskopie ist in der Lage färbungsfrei Bilder mit interessanten biochemischen Kontrasten zu erzeugen. Geringe Raman-Streuquerschnitte der Probe führen jedoch zu Belichtungszeiten im Sekundenbereich von einzelnen Bildpunkten. Wir entwickeln effiziente Beleuchtungskonzepte welche die Bildgebung deutlich beschleunigen werden [2].

[2] Hauswald W, Förster R, Popp J, Rainer Heintzmann. Thermal illumination limits in 3D Raman microscopy : A comparison of different sample illumination strategies to obtain maximum imaging speed. PLoS One. 2019;14: 1–17. doi:10.1371/journal.pone.0220824

Am Leibniz-IPHT werden verschiedene diagnostische Assays entwickelt, welche mit konfokalen Raman-Mikroskopen ausgelesen werden. Da jedoch Größe, Stabilität und Preis dieser Instrumente einer breiten Anwendung dieser Assays im Wege stehen, entwickeln wir spezialisierte konfokale Raman-Spektrometer welche bei hoher Signalqualität kompakt, stabil und transportabel sind [3].

[3] Jahn IJ, Grjasnow A, John H, Weber K, Popp J, Hauswald W. Noise Sources and Requirements for Confocal Raman Spectrometers in Biosensor Applications. Sensors. 2021;21: 1–20. doi:10.3390/s21155067

Ein Biosensor hat die Aufgabe, Biomoleküle spezifisch und empfindlich nachzuweisen. Bei herkömmlichen Ansätzen werden ausgewählte Zielmoleküle an komplementäre Fängermoleküle gebunden und die erfolgreiche Bindung wird durch eine zusätzliche Markierung angezeigt. Dies erfordert jedoch zusätzliche, auf die Anwendung zugeschnittene Verarbeitungsschritte. Im Gegensatz dazu gibt es zahlreiche markierungsfreie Interaktionsassays, doch sind diese oft mit Kompromissen bei den Nachweiseigenschaften verbunden. Wir haben einen neuartigen diffraktometrischen Biosensor entwickelt, der auf zusätzliche Färbung verzichtet und mit seiner optischen Leseeinheit parallel diffraktive Biosensorchips quantitativ auslesen kann [4].

[4] to be published soon