Miniaturisierte 3D-gedruckte Plattform für die quantitative multispektrale Bildgebung von diffusen Medien im Ortsfrequenzbereich unter Verwendung von elastisch gestreutem Licht und Fluoreszenz

• Antragsteller: Professor Dr. Alois Herkommer; Professor Dr. Alwin Kienle
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537519988

Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist die Entwicklung einer hochgradig miniaturisierten multispektralen Bildgebungsplattform im Ortsfrequenzbereich einschließlich einer einzigartigen Auswertesoftware. Die Miniaturisierung des Geräts wird durch den Einsatz neuartiger 3D-Druckverfahren für mikrooptische Systeme, konkret der Zweiphotonen-Lithographie, erreicht. Die 3D-gedruckten Optiken werden für die Erzeugung von strukturierter Beleuchtung und ebenfalls für die multispektrale Bildgebung eingesetzt und bieten perspektivisch eine hohe Flexibilität der Plattform. Für die genaue Auswertung der Messungen werden erstmalig analytische Lösungen der Strahlungstransportgleichung hergeleitet, welche die exakte Beleuchtungs- und Detektionsgeometrie berücksichtigen. Die kompakte Plattform soll eine Vielzahl von Anwendungen im medizinischen, biomedizinischen, Lebensmittel- oder Verbrauchermarkt ermöglichen, und hebt sich bezüglich Komplexität, Kosten und Bauraum deutlich vom Stand der Technik ab. Am Ende des Projekts wird ein Demonstrator mit einer neuartigen Evaluierungssoftware zur Verfügung stehen, der folgende Spezifikationen aufweist: Die Abmessungen der Plattform liegen innerhalb von 25 x 25 mm², wobei alle optischen Komponenten für die Bildgebung und die Mustererzeugung vollständig mittels direkter Zwei-Photonen-Laserlithographie hergestellt werden. Der Demonstrator stellt dabei mindestens 6 verschiedene schaltbare Beleuchtungsmuster und 9 parallele spektrale Bildgebungskanäle zur Verfügung. Als weitere Modalität wird eine Fluoreszenz-Beleuchtung und Bildgebung integriert. Für die quantitative Auswertung der Bilder hinsichtlich Absorptions-, Fluoreszenz- und Streu-Eigenschaften werden ein Vorwärtslöser, welcher auf exakten Lösungen der Strahlungstransportgleichung basiert, und ein effizienter inverser Löser zur Bestimmung der optischen Eigenschaften implementiert. Das entwickelte Gerät wird anhand der ebenfalls im Projekt hergestellten optisch genau charakterisierten Phantome evaluiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr.-Ing. Andrea Toulouse