MEMS-basiertes Endo-Mikroskop

Typischerweise sind gut ausgestattete Mikroskope mindestens Tischgeräte, und die zu untersuchenden Objekte müssen häufig aus ihrer normalen Umgebung isoliert oder sogar speziell präpariert werden. In der Medizin ist beispielsweise eine verlässliche Diagnose bei Verdacht auf Krebs nur über die Entnahme einer Gewebeprobe (Biopsie) und deren anschließende mikroskopische Untersuchung möglich. Wünschenswert ist es, diese für den Patienten sehr belastende Prozedur zu vereinfachen und zu verkürzen. Für medizinische Untersuchungen oder sogar Eingriffe im Körperinnern mit möglichst geringer Belastung des Patienten wurden in den letzten Jahrzehnten Endoskope entwickelt, die eine minimal-invasive Behandlung erlauben. Diese Geräte sind jedoch meist nicht in der Lage, die zu untersuchenden Gewebe so weit zu vergrößern, dass Zellstrukturen erkennbar werden.

Das Fraunhofer IPMS hat deshalb ein Endo-Mikroskop entwickelt, das mit nur 8 mm Durchmesser klein genug ist, um in der minimal-invasiven Medizin Anwendung zu finden. Hiermit können verdächtige Gewebe in vivo mikroskopisch betrachtet, die Untersuchung beschleunigt und notwendige Biopsien gezielter durchgeführt werden. Das Endo-Mikroskop arbeitet mit einem der im Fraunhofer IPMS entwickelten und gefertigten MEMS-Scannerspiegel. Er führt einen fokussierten Lichtstrahl in einem definierten Raster punktweise über das Untersuchungsobjekt, und die von dort reflektierten Lichtanteile werden detektiert und elektronisch zu einem Bild rekonstruiert. Die Mikroskopspitze besteht vor allem aus dem MEMS-Bauelement auf einem Keramikträger zur elektrischen Kontaktierung, einem Umlenkspiegel und einem Linsensystem zur Fokussierung des Lichtstahls in Objektdistanz. Das Licht wird über einen optischen Lichtleiter ein- und ausgekoppelt. Der Mikroskopkopf erreicht eine Auflösung von 15 … 20 μm in einem Gesichtsfeld von etwa 3 × 3 mm.

Über das Leitungsbündel mit dem Mikroskopkopf verbunden ist eine abgesetzte Einheit, in der die weiteren optischen Komponenten, Lichtquellen und -detektoren sowie die gesamte Steuerelektronik untergebracht sind. Die Steuereinheit verfügt über eine USB-Schnittstelle zu einem Computer, der das Gerät interaktiv steuert, die digitalen Bilddaten entgegennimmt und visualisiert. Es können etwa verschiedene Lichtquellen auch in Kombination, verschiedene Detektoren und Filter benutzt werden, um spektrale Eigenschaften der Objekte, z. B. auch Fluoreszenz, auszunutzen.

Fraunhofer IPMS, Dresden www.ipms.fraunhofer.de Halle 6, Stand B72