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Projekt FluoResYst

Das IMMS entwickelt einen SPAD-basierten Sensor zum zeitaufgelösten Auslesen von Fluoreszenz-markierten DNA-Mikroarrays.

Multiresistenzen sind ein zunehmendes Problem bei Infektionskrankheiten

Laut der WHO ist Tuberkulose nach COVID-19 weltweit die zweittödlichste Infektionskrankheit. Um den mehr und mehr gegen Antibiotika auftretenden Multiresistenzen von Tuberkulose-Bakterien zu begegnen, müssen Verdachtsfälle täglich getestet und bei positivem Laborbefund schnell behandelt und isoliert werden. In der Regel fehlt es jedoch an der dafür notwendigen Laborinfrastruktur und Logistik, denn 95 Prozent der Tuberkulose-Erkrankungen treten in Entwicklungs- und Schwellenländern auf.

Kombination zweier Innovationen führt zu einer neuen Detektionstechnologie

Das Gesamtziel von FluoResYst ist die Entwicklung eines schnellen Point-of-Care-Nachweissystems für Multiresistenzen, dass außerhalb von Laboren durch eine beschleunigte Diagnostik vor Ort zur Eindämmung von Seuchen beiträgt. Durch die Kombination der photonischen Integration zeitaufgelöster Fluoreszenzmessung für kurzlebige Fluorochrome und des biochemischen Fluoreszenz-Quenching-Antikörper-Assays sollen bisher aufwändig zugängige komplexe Analysen stark vereinfacht und somit in der Breite zugänglich gemacht werden.

IMMS entwickelt zeitauflösenden Detektorchip mit SPADs

Im technologischen Teil wird dazu eine photonische Plattform entwickelt, die durch einen hohen Integrationsgrad die Tuberkulosediagnostik auch außerhalb einer Laborumgebung ermöglichen soll. Das Prinzip der Detektionsplattform beruht auf zeitaufgelöster Fluoreszenzmessung, mit der auf komplexe Optik und Wellenlängenfilter weitgehend verzichtet werden kann. Dies wird durch den Einsatz eines sehr schnellen Anregungslasers und eines schnellen CMOS-integrierten Detektors möglich.

Das IMMS entwickelt im Projekt diesen Detektorchip für das Auslesen von DNA-Mikroarrays. Der Chip beinhaltet neben mehreren Arrays von Single-Photon-Avalanche-Dioden (SPADs) auch die für deren Auswertung benötigten Histogramm-Generatoren. Durch den Einsatz von Through-Silicon-Vias (TSVs, Silizium-Durchkontaktierungen) lässt sich der Chip mit seiner planaren Oberfläche sehr gut in mikrofluidische Systeme integrieren. Neben den SPADs werden im Chip auch klassische Photodioden verteilt und ausgewertet, was die Anforderungen an die Homogenität der optischen Anregung entspannt und die Gerätekomplexität weiter senkt.

Akronym / Name:

FluoResYst / Zeitaufgelöste Fluoreszenzdetektion für die integrierte Multiparameter-Analyse von Multiresistenzen beispielgebend bei Tuberkulose

Laufzeit:2021 – 2024

Anwendung:

Life Sciences|Zeitaufgelöste Fluoreszenz| In-Vitro-Diagnostik| Mikrofluidik

Forschungsfeld:Integrierte Sensorsysteme


Kontakt

Kontakt

Eric Schäfer, M. Sc.

Leiter Mikroelektronik und Institutsteil Erfurt

eric.schaefer(at)imms.de+49 (0) 361 663 25 35

Eric Schäfer und sein Team erforschen Integrierte Sensorsysteme und hier insbesondere CMOS-basierte Biosensoren, ULP-Sensorsysteme und KI-basierte Entwurfs- und Testautomatisierung. Die Ergebnisse fließen in die Forschung an den Leitthemen Sensorsysteme für die In-vitro-Diagnostik und RFID-Sensoren ein. Er unterstützt Sie mit Dienstleistungen rund um die Entwicklung integrierter Schaltungen und mit KI-basierten Methoden für komplexe IC-Entwürfe.


Förderung

Das Projekt FluoResYst wird im Rahmen des Förderprogramms Photonik-Forschung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert (Förderkennzeichen 13N15807).


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