Für zeitaufgelöste Fluoreszenzmessungen
Neue Schaltungstopologie reduziert Nachleuchten von LEDs
Eine neu entwickelte Schaltungstopologie ermöglicht den Betrieb von Standard-LEDs als hochdynamische Pulslichtquellen. Ziel ist es, sehr kurze Lichtpulse zu erzeugen, die sich für zeitaufgelöste Fluoreszenzmessungen eignen.
Die am IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Ilmenau entwickelte Technologie soll insbesondere in integrierten Sensorsystemen für In-vitro-Diagnostik und Point-of-Care-Anwendungen eingesetzt werden.
Hintergrund
In vielen diagnostischen Verfahren werden Fluoreszenzfarbstoffe als Marker eingesetzt. Diese emittieren Licht einer charakteristischen Wellenlänge, nachdem sie mit Licht einer anderen Wellenlänge angeregt wurden. Die Fluoreszenz ist je nach Farbstoff nur wenige Nanosekunden bis Mikrosekunden sichtbar. Für eine zuverlässige Messung muss das Anregungslicht vollständig abgeklungen sein, bevor das Fluoreszenzsignal erfasst wird. Eine schnelle Abschaltung der Lichtquelle ist deshalb entscheidend. In Laborgeräten werden dafür häufig Laser eingesetzt oder optische Filter verwendet, die Anregungs- und Fluoreszenzlicht trennen. Beide Ansätze erhöhen jedoch Kosten und Bauraum.
Anders die Neuentwicklung der IMMS-Wissenschaftler: Sie zielt darauf ab, kostengünstige Standard-LEDs als Pulslichtquellen zu nutzen. Dazu wurden die physikalischen Parameter analysiert, die das dynamische Schaltverhalten von LEDs beeinflussen. Auf dieser Grundlage entstanden Pulstreiberschaltungen, deren Verhalten zunächst simuliert und anschließend in hochfrequenzoptimierten Layouts auf Leiterplatten umgesetzt wurde. Die Schaltungen und ausgewählten LEDs wurden anschließend elektrisch und optisch vermessen.
Das Ergebnis: Die optimierten Treiberschaltungen reduzieren das Nachleuchten der LEDs auf wenige Nanosekunden. Dadurch lassen sich LEDs aktiv abschalten und in einem Dynamikbereich betreiben, der bisher in vielen Anwendungen Laserquellen vorbehalten war.
Kompaktes System für integrierte Sensorsysteme
Auf Basis der entwickelten Schaltungen entstand ein kompaktes LED-Pulssystem, das sich in bestehende Messaufbauten integrieren lässt. Die verbesserte optische Dynamik und die kurzen Schaltzeiten ermöglichen den Einsatz in Systemen zur zeitaufgelösten Fluoreszenz. Solche Sensorsysteme werden unter anderem für Point-of-Care-Geräte entwickelt, die diagnostische Analysen direkt am Patienten durchführen können. Die Technologie soll damit zur Entwicklung kompakter und kostengünstiger Diagnosegeräte beitragen.
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