Neues optisches Messverfahren Für die schnelle Partikel-Detektion - Quality Engineering

Neues optisches Messverfahren

Für die schnelle Partikel-Detektion

Die Collage zeigt eine Mikroskopaufnahme des Mikrofluidik-Kanals, den Demonstrationsaufbau für die Sensor+Test – ganz und im Ausschnitt – sowie den Mikrochip mit Vorsatzlinse Collage: Tobias Neckernuß
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In einem Medium suspendierte Zellen lassen sich in Echtzeit mit einem optischen Messverfahren analysieren, das Wissenschaftler der Universität Ulm entwickelt haben. Dafür werden die Zellen durch Mikrokanäle an einem optischen Halbleiter-Sensor vorbeigeleitet. Das Messverfahren ist auch für nicht-medizinische Anwendungen eine Option – etwa für die Partikeldetektion.

Uni-Forschern wird ja oft eine gewisse Anwendungsferne unterstellt. Zwei Ulmer Doktoranden der experimentellen Physik beweisen das Gegenteil: Daniel Geiger und Tobias Neckernuß haben auf der Nürnberger Fachmesse Sensor+Test ein speziell entwickeltes optisches Messverfahren vorgestellt, mit dem es möglich ist, in einem Medium suspendierte Zellen in Echtzeit zu analysieren. Hierfür werden die Zellen durch Mikrokanäle an einem optischen Halbleiter-Sensor vorbeigeleitet.

Im Gegensatz zur sogenannten optischen Deformationszytometrie – einem Verfahren, das heute bereits zur Zellanalyse eingesetzt wird und bei dem jede einzelne Zelle mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen wird – ist das neue Verfahren schneller und kostengünstiger.
„Relevant für unser Verfahren sind allein die Unterschiede zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern. Mit Hilfe eines speziellen Auswertungsalgorithmus können wir dann die Form, Fließgeschwindigkeit und Morphologie der Zelle bestimmen“, erklärt Neckernuß, der wie Geiger am Institut für experimentelle Physik der Universität Ulm promoviert. „Der große Vorteil der neuen Technik ist, dass die dabei anfallenden Datenmengen viel geringer sind und damit sogar die Echtzeitauswertung hunderter Zellen pro Sekunde möglich ist“, so Geiger.
Das Verfahren ist zudem preisgünstiger als herkömmliche Untersuchungsmethoden für suspendierte Zellen und kommt ohne biochemische Färbeprozesse aus. Bei Bedarf sollen zukünftig auch einzelne Zellen zur Analyse aussortiert werden, beispielsweise um sie später per Infusion in den Blutkreislauf eines Patienten zurückzuführen.
Vielversprechend ist die Neuentwicklung auch im Hinblick auf die Analyse von mechanischen Zelleigenschaften, was insbesondere für die Krebsforschung und -Diagnose eine wichtige Rolle spielen könnte. Zwar sind hierfür Mikrokanäle mit einer speziellen Form erforderlich, die schnelle Umsetzung in die Praxis sollte aber kein Problem sein. Denn auch die Expertise zur Herstellung dieser speziellen Kanäle ist am Institut bereits vorhanden.
Einsatz auch denkbar in Reinräumen oder bei sensiblen Oberflächen
Auch weitere, nicht-medizinische Anwendungen sind für die Wissenschaftler denkbar. Denn mit dieser neuen Technologie können alle möglichen Teilchen analysiert werden, die mit hoher Geschwindigkeit am Sensor vorbeifließen. „Interessant könnte diese Technologie zum Beispiel für die Partikeldetektion in unterschiedlichen Umgebungen sein; also etwa in Reinräumen, auf sensiblen Oberflächen oder in Maschinen“, so Geiger.
Für ihren Messeauftritt in Nürnberg hatten die jungen Wissenschaftler ein besonders anschauliches Modell im vergrößerten Maßstab anfertigen lassen, das den Besuchern die Funktionsweise des optischen Messverfahrens vor Augen führte. Ein echter Hingucker war dabei die gelben Plastikentchen, die in einer schmalen Wasserbahn an einem speziell gefertigten Sensormodell vorbeischwommen. ■
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