France
Suchen

Excelitas Technologies Einzelphotonenzählmodule für mobile medizinische Diagnostik

Redakteur: Peter Reinhardt

Einzelphotonenzählmodule mit hoher Detektionseffizienz ermöglichen eine frühzeitige, schnelle Diagnose. Dies verbessert die Patientenversorgung und trägt zur Kostensenkung bei. Die hier vorgestellte Technologie ist sowohl leistungsfähig als auch sehr kompakt und bietet damit hohe Flexibilität für den Einbau in mobile Medizintechnik.

Firmen zum Thema

Einzelphotonenzählmodule sind mit Freistrahlfenster (abgebildet) und Lichtwellenleiteranschluss erhältlich.
Einzelphotonenzählmodule sind mit Freistrahlfenster (abgebildet) und Lichtwellenleiteranschluss erhältlich.
(Bild: Excelitas Technologies)
  • Fluoreszenzintensität, Diffusion, Lebensdauer und Polarisation überwachen
  • Avalanche-Fotodiode (APD) bietet hohe Toleranz für Temperaturschwankungen im „Geiger-Modus“
  • Herausragende Photonenerkennungseffizienz (PDE) von 70 Prozent bei 650 nm

Einzelphotonenzählmodule (Single Photon Counting Module, kurz: SPCMs) eignen sich für vielfältige Anwendungen in der medizinischen Diagnostik, in Labors, in der Arzneimittelentwicklung, Krebsforschung und Gentechnik. Sie können mehrere Funktionen wie Fluoreszenzintensität, Diffusion, Lebensdauer und Polarisation hochpräzise überwachen. Anhand dieser Faktoren lässt sich die molekulare Signatur spezifischer Gene, Proteine oder auch Umweltgifte feststellen.

Heute verfügbare Technologien beruhen auf

  • Avalanche-Photodioden (APDs)
  • Photomultipliern (PMTs)
  • Silizium-Photomultipliern (SiPMs)
  • oder supraleitenden Nanodrähten.

Aktuelle SPCMs auf Basis von Silizium-APDs bieten eine kostengünstige Lösung mit einem breiten Wellenlängenbereich von UV bis NIR, einer geringen Dunkelzählrate, geringer Nachimpulswahrscheinlichkeit und sehr kurzer Totzeit. Damit bieten sie derzeit wohl die beste Kombination von Fähigkeiten für diagnostische Anwendungen ohne Kompromisse in der Leistung.

Zuverlässig einsetzbar über einen weiten Temperaturbereich

Die Module der Baureihe SPCM-AQRH von Excelitas Technologies basieren auf einer Lawinen- bzw. Avalanche-Fotodiode (APD), die speziell für den Betrieb im sogenannten „Geiger-Modus“ entwickelt wurde und dabei eine hohe Toleranz für Temperaturschwankungen aufweist. Im Geiger-Modus löst ein einzelnes eingehendes Photon eine Elektronenkaskade aus, die groß genug ist, um erkannt und als elektronischer Impuls gezählt zu werden.

Die Photonenzählleistung der SPCM-AQRH-Module ist laut Anbieter unter verschiedenen Gesichtspunkten unerreicht:

  • herausragende Photonenerkennungseffizienz (PDE) von 70 Prozent bei 650 nm
  • hoher linearer Dynamikbereich >35 Mcps
  • geringe Dunkelzählrate <10/s
  • höchste Gleichförmigkeit über den gesamten aktiven Bereich mit 180 µm Durchmesser
  • Nachimpulse mit weniger als 1 Prozent Wahrscheinlichkeit

Herkömmliche Geiger-APDs (oder SPADs – für „Single-Photon Avalanche Diode“) benötigen stabile Temperaturen, was besondere Maßnahmen für das Temperaturmanagement erfordert, die wiederum die Baugröße der SPCMs deutlich vergrößern. Excelitas setzt daher stattdessen eine Silizium-APD ein, die thermoelektrisch gekühlt und temperaturgeregelt ist und eine stabile Performance auch bei schwankenden Umgebungstemperaturen gewährleistet – und zwar in einem Betriebstemperaturbereich von 5 bis 70 °C. Dank dieser Technologie seien die Module äußerst kompakt konstruiert und leicht, was den Einbau in mobile Instrumente und Laborgeräte erleichtert, wenn wenig Platz zur Verfügung steht.

Kostengünstig und effizienter bei minimalen Konzentrationen

Die leistungsfähigen SPCMs versprechen neue Analysemöglichkeiten und haben zugleich das Potenzial, bewährte Technologien abzulösen. So sind sie zum Beispiel bei der Untersuchung von Lösungen, Probenflüssigkeiten oder (verdünnten) Körperflüssigkeiten hundertmal sensibler als Immunassays.

Zwei Einsatzbereiche zeigen beispielhaft, wie die Module im Vergleich mit etablierter Technik abschneiden:

  • SPCMs erlauben eine nichtinvasive Überwachung der Durchblutung des tiefen Hirngewebes. SPCMs mit hoher Detektionseffizienz können in tragbaren Geräten direkt am Patientenbett eingesetzt werden. Die Technologie hat damit deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Diagnosemitteln wie PET, SPECT, XeCT, pCT, MRT und OCT, die umständlich, kostspielig, invasiv und/oder auf die Analyse der obersten Oberfläche des Hirngewebes beschränkt sind.
  • Auch fortgeschrittene Tests bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind möglich. Bisher konnten extrem niedrige Konzentrationen des Herzproteins Troponin nicht nachgewiesen werden, weil die herkömmlichen Photonenzähldetektoren nicht über eine ausreichend hohe Detektionseffizienz im Rot- und Nahinfrarotbereich verfügten. Mit der Silizium-APD können solche marginalen Troponinwerte nun gemessen werden. Dies erlaubt es, das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen besser abzuschätzen und Patienten früher und besser zu behandeln.

Lesen Sie auch

Weitere Artikel über Elektronik und andere OEM-Komponenten finden Sie in unserem Themenkanal Konstruktion.

(ID:45144721)