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Im Verbundvorhaben OASYS »Optoelektronische Sensoren für anwendungsnahe Systeme für Lebenswissenschaften und intelligente Fertigung« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie Spitzentechnologien für die optoelektronische Sensorik der Zukunft. Ein besonderer Fokus liegt auf dem Leitprojekt B1 »MEMS-basierte Bildgebung in streuenden Medien«, in dem neuartige Flächenlichtmodulatoren (SLMs) zum Einsatz kommen. Diese ermöglichen eine präzise Steuerung der Phase des Lichts in stark streuenden Umgebungen und schaffen damit die Grundlage für eine hochauflösende Bildgebung in der biomedizinischen Diagnostik.
Das Fraunhofer IPMS ist zentraler Forschungspartner des Projekts OASYS. Ziel der Kooperation ist die Entwicklung kompakter, energieeffizienter und hochintegrierter optoelektronischer Sensorkomponenten für die Lebenswissenschaften und die intelligente Fertigung. Dabei konzentriert sich das Vorhaben auf zwei Forschungsschwerpunkte: Zum einen die MEMS-basierte hyperspektrale Bildgebung für industrielle und agrartechnologische Anwendungen, zum anderen hochauflösende optische Verfahren für die Biowissenschaften, insbesondere für die Bildgebung in streuenden Medien. Grundlage hierfür sind modernste mikroelektromechanische Bauelemente, photonische Technologien und adaptive optische Konzepte, aus denen neuartige Verfahren und Systeme entwickelt werden.
Leitprojekt B1 – MEMS-basierte Bildgebung in streuenden Medien
Das vom Fraunhofer IPMS maßgeblich mitgestaltete Leitprojekt B1 entwickelt Bildgebungssysteme für stark streuende Medien, wie biologisches Gewebe. In solchen Umgebungen führen Lichtstreuung, Absorption und Reflexion (durch z.B. verschiedene Moleküle, Pigmente oder Zellen) zu Wellenfront Verzerrungen (Phase), was zu einer deutlich eingeschränkten Abbildungstiefe und Bildqualität führt.
Für diesen Zweck wurden am Fraunhofer IPMS spezifische Flächenlichtmodulatoren, kurz SLMs (Spatial Light Modulators), entwickelt. Diese bestehen aus Tausenden bis zu Millionen einzelnen Mikrospiegeln, die unabhängig voneinander in hoher Geschwindigkeit (kHz-Bereich) bewegt werden können, um die Wellenfront des Lichts anzupassen. Optische Verzerrungen lassen sich damit gezielt korrigieren, sodass eine hochauflösende Bildgebung selbst in tiefen und stark streuenden Gewebeschichten möglich wird, beispielsweise in der Mikroskopie und Endoskopie für das Deep Tissue Imaging. Ziel ist die Verbesserung der nicht-invasiven Diagnosemöglichkeiten (z.B. Krebs), Behandlungskontrolle und biomedizinische Forschung.
»Die Herausforderungen in der optischen Bildgebung sind vielfältig und komplex. Mit dem Projekt wollen wir nicht nur technische Lösungen entwickeln, sondern auch die Grenzen des Möglichen ausloten“, erklärt Prof. Dr. Harald Schenk, geschäftsführender Institutsleiter des Fraunhofer IPMS und Professor für Mikro- und Nanosysteme an der BTU Cottbus. »Erst die hohe Geschwindigkeit und Präzision der mikroskopisch kleinen und beweglichen Mikrospiegel erlauben entscheidende Bildkorrekturen und damit Auflösungserhöhungen, die das Potential für erweiterte Diagnosemöglichkeiten in der Medizin haben. Dabei wird es möglich, tiefe Gewebeschichten auf Veränderungen zu untersuchen, die bisher für optische Verfahren nicht zugänglich waren.«
Darüber hinaus eröffnen die im Rahmen des Teilprojekts B1 von OASYS entwickelten Flächenlichtmodulatoren zahlreiche weitere Anwendungsmöglichkeiten, darunter die Mikroskopie für hochauflösende Analysen im sub-Mikrometerbereich, die Nutzung für Geo‑Space‑Satelliten zur verbesserten Erdbeobachtung und Exoplanetenforschung sowie Anwendungen in Quanten-Technologien für Quantencomputing, sichere -Quantenkommunikation, Quantenkryptographie und Holographie.
Das Verbundprojekt OASYS erstreckt sich über fünf Jahre (1. September 2023 bis 31. August 2028) und wird mit rund 12,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert. Koordiniert wird das Projekt von der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU). Zum Verbund gehören neben dem Fraunhofer IPMS auch das Ferdinand-Braun-Institut FBH und das IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik. OASYS und insbesondere Projekt B1 stehen exemplarisch für die Innovationskraft des Fraunhofer IPMS im Bereich der optischen Systeme. »Ganz nach unserem Leitgedanken neuartige Forschungsergebnisse zielgerichtet für innovative Anwendung nutzbar zu machen, werden die Entwicklungen mit Praxispartnern auf den Einsatz in konkreten Anwendungen ausgerichtet«, betont Schenk abschließend.
Weitere Informationen über das Projekt OASYS und die Partner stehen auf der Webseite https://oasys-cottbus.com zur Verfügung.
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Über das Fraunhofer IPMS
Das Fraunhofer IPMS ist ein international führender Forschungs- und Entwicklungsdienstleister für elektronische und photonische Mikrosysteme in den Anwendungsfeldern Intelligente Industrielösungen, Medizintechnik und Gesundheit, Mobilität sowie Grüne und Nachhaltige Mikroelektronik. Forschungsschwerpunkte sind kundenspezifische miniaturisierte Sensoren und Aktoren, MEMS-Systeme, Mikrodisplays und integrierte Schaltungen sowie drahtlose und drahtgebundene Datenkommunikation. Das Angebot reicht von der Beratung und Konzeption über die Prozessentwicklung bis hin zur Pilotserienfertigung.
Wissenschaftler des Fraunhofer IPMS mit Flächenlichtmodulator im Labor
Quelle: Sascha Thor (BTU)
Copyright: ©Fraunhofer IPMS
Flächenlichtmodulator SLM
Copyright: © Fraunhofer IPMS
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Elektrotechnik, Medizin
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsprojekte
Deutsch
Wissenschaftler des Fraunhofer IPMS mit Flächenlichtmodulator im Labor
Quelle: Sascha Thor (BTU)
Copyright: ©Fraunhofer IPMS
Flächenlichtmodulator SLM
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