Verbundprojekt: Zeitaufgelöste Fluoreszenzdetektion für die integrierte Multiparameter-Analyse von Multiresistenzen beispielgebend bei Tuberkulose (FluoResYst); Teilvorhaben: Erforschung SPAD-Sensor-ASIC

Abstract

Ausgehend vom Stand der Technik fluoreszenzbasierter Detektionssysteme, die typischerweise auf Photomultipliern oder kamerabasierten Ansätzen in Kombination mit optischen Filtern beruhen und damit hinsichtlich Kosten, Baugröße und Integrationsfähigkeit limitiert sind, wurde im Projekt ein neuartiger Ansatz zur hochintegrierten, zeitaufgelösten Fluoreszenzdetektion verfolgt. Ziel war es, die bisher auf mehrere diskreten Komponenten verteilten Funktionen - Photondetektion, Zeitmessung und Signalverarbeitung - in einem monolithischen CMOS-Sensor zu vereinen und damit die Grundlage für kompakte Point-of-Care-Systeme zu schaffen. Im Zentrum der Arbeiten stand die Entwicklung eines SPAD-basierten Sensor-ASICs, bei dem Single-Photon Avalanche Dioden (SPAD) direkt mit einer zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung (TCSPC) sowie einer integrierten Histogrammverarbeitung auf einem Chip kombiniert werden. Damit wurde ein Ansatz verfolgt, bei dem die vollständige Signalerfassung und -verarbeitung auf dem Chip erfolgt, ohne auf externe FPGA-basierte Auswertesysteme angewiesen zu sein. Dies entspricht einem wesentlichen Innovationsaspekt gegenüber dem Stand der Technik, bei dem die TCSPC-Auswertung häufig außerhalb des Sensors realisiert wird.