Forschung & Entwicklung

Bildgebung mit Terahertzwellen: Neuartiger Chip für die Biomedizin

Eine Auflösung von 10 Mikrometer erzielt ein neuer Bildgebungssensor. Damit könnte der Chip zur Differenzierung von Krebsgewebe und gesundem Gewebe zum Einsatz kommen.

Bei der Entwicklung des Chips haben ein Team um Prof. Ullrich Pfeiffer vom Lehrstuhl für Hochfrequenzsysteme in der Kommunikationstechnik an der Bergischen Universität Wuppertal neue Wege der hochauflösenden Bildgebung mittels Terahertzwellen beschritten. Herkömmliche Bildgebungsverfahren beruhen auf der Absorption und Reflektion von elektromagnetischen Wellen im Fernfeld. Die Auflösung dieser Technologie ist durch Beugungseffekte fundamental auf die halbe Strahlungswellenlänge (λ/2) begrenzt. Um Strukturen zu analysieren, die kleiner als diese Auflösungsgrenze sind, werden bisher hochkomplexe mikroskopische Verfahren verwendet, zum Beispiel die STED-Mikroskopie oder die Rasternahfeldmikroskopie. Ihr Nachteil: Sie sind kostspielig und aufwendig.

Der neue Bildgebungssensor setzt dagegen auf Terahertzwellen und überwindet die beugungsbedingte Auflösungsgrenze. Der Sensor beruht auf der Interaktion von elektromagnetischen Wellen mit Objekten im sogenannten Nahfeld und erreicht dadurch eine Auflösung von 10 µm (λ/55) bei einer Frequenz von 560 GHz. Er beinhaltet 128 in einer Linie angeordnete Sensoreinheiten und eine vollständig integrierte Echtzeit-Ausleseelektronik. Ansteuerung und Versorgung erfolgen allein über die USB-Schnittstelle eines Computers.

Gezeigt wurde somit erstmals ein Terahertz-Gesamtsystem, dessen Integrationsgrad vergleichbar mit dem von konventioneller integrierter Elektronik ist, erklärt Pfeiffer. Damit konnte ein Durchbruch für die Verwendung des bisher wenig erforschten Terahertz-Frequenzbereichs erzielt werden, so der Wissenschaftler.

Der Chip könnte zum Beispiel in der Krebsdiagnostik Verwendung finden – zur Differenzierung von Krebsgewebe und gesundem Gewebe. Der nächste Schritt führt daher ins Feld: Der Chip kommt bei der Unicancer Group Bordeaux zum Einsatz, einem Projektpartner der Wuppertaler Wissenschaftler.

von mg

www.ihct.uni-wuppertal.de

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