Zeitaufgelöste Fluoreszenzdetektion für die integrierte Multiparameter-Analyse von Multiresistenzen beispielgebend bei Tuberkulose (FluoResYst); Teilvorhaben: Integration von CMOS - Einzelphotonensensoren für die zeitaufgelöste Fluoreszenzanalyse

Abstract

Das Gesamtziel des Verbundvorhabens „FluoResYst“ war die Entwicklung eines schnellen, hochsensitiven Nachweissystems für Multiresistenzen, beispielgebend bei Tuberkuloseinfektionen. Angesichts der weltweit zunehmenden Problematik antibiotikaresistenter Erreger sollte damit ein Beitrag zu einer schnelleren und zuverlässigeren Diagnostik geleistet werden, die eine frühzeitige und gezielte Therapie ermöglicht.

Aus technischer Sicht erforderte dies die Entwicklung einer miniaturisierten photonischen Plattform mit hohem Integrationsgrad, die eine Anwendung auch außerhalb klassischer Laborumgebungen erlaubt, beispielsweise in der Point-of-Care-Diagnostik. Das zugrunde liegende Detektionsprinzip basierte auf der zeitaufgelösten Fluoreszenzmessung. Diese Methode ermöglicht die Unterscheidung verschiedener Fluorophore anhand ihrer Zerfallszeiten und macht dadurch komplexe optische Komponenten wie spektrale Filter oder aufwendige Strahlführung weitgehend überflüssig. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil hinsichtlich Systemkomplexität, Robustheit und Kosten dar.

Innerhalb des Projekts entwickelte die X-FAB eine CMOS-integrierte Single-Photon-Avalanche-Diode (SPAD), die speziell für die Anforderungen der zeitaufgelösten Fluoreszenzdetektion optimiert wurde. Diese Technologie ermöglicht die Detektion einzelner Photonen mit hoher zeitlicher Auflösung und bildet damit eine zentrale Komponente der photonischen Detektionsplattform. Durch die Integration in einen CMOS-Prozess konnte zudem eine skalierbare und industriell fertigungstaugliche Lösung bereitgestellt werden, die im Rahmen des Projekts zur Umsetzung der Detektionsplattform eingesetzt wurde.