Komponenten und Module für die verbesserte optische Diagnostik

Im 2-jährigen Thüringer Verbundprojekt KODIAK entwickelt das CiS Forschungsinstitut umfangreiche Montagemodule zur hybriden Verbindung von analogen und digitalen SPAD-Schaltkreisen mit mikrooptischen Komponenten, elektrischen Kontaktierungsverfahren, Passivierungen und Packaging-Lösungen. Das CiS Forschungsinstitut ist im Verbundprojekt aktiv im Teilprojekt „Hybride Mikromontage von Mikrooptischen Sensorsystemen zur Bildgebung auf der Basis von Einzelphotonen“.

Lab-on-Chips (LOC) können viele diagnostische Verfahren eines großen Labors auf einer personalausweisgroßen Karte durchführen. Damit werden Labortests jederzeit durchführbar, kostengünstig und beschleunigen medizinische Entscheidungen, beispielsweise beim Erkennen und Überwachung von Sepsis oder dem gefürchteten Zytokin-Freisetzungssyndrom (cytokine release syndrome, CRS) als Begleiterscheinung von Krankheiten oder Immuntherapien. Hier kennzeichnen verschiedene, typische Biomarker im Blut einen entstehenden bzw. vorhandenen Endzündungsprozess. Ein schneller, hochsensitiver und quantitativer Nachweis, ist hier entscheidend für das Leben der Patienten.

Das Konsortium widmet sich dieser Aufgabe und zielt auf den parallelen Nachweis der Biomarker Interleukine 6 und 8, von Interferon-γ sowie dem Tumornekrosefaktor TNF-α in einem solchen mikrofluidischen Lab-on-Chip. Das System beinhaltet mikrofluidische, elektrische und optische Komponenten. Für die optische Diagnostik werden hochempfindliche SPAD (Single Photon Avalanche Diodes) Arrays eingesetzt, die Konzentrationen von pg/ml mittels Lumineszenz bestimmen können. Im Teilvorhaben „Hybride Mikromontage von Mikrooptischen Sensorsystemen zur Bildgebung auf der Basis von Einzelphotonen“ wird das CiS Forschungsinstitut innovative Montagetechniken für die hybride Integration der SPAD-Arrays mit den benötigten elektronischen, optischen und mikrofluidischen Komponenten entwickeln und anwenden. Die daraus resultierende Packaging-Lösung stellt den ersten Schritt auf dem Weg der Systemintegration dar. Damit bildet das CIS Forschungsinstitut die Schnittstelle zwischen Halbleiter-Waferprozess und der Systemintegration auf dem Chip.

Das Verbundprojekt des Thüringer Konsortiums X-FAB, MEOS, IMMS und CiS Forschungsinstitut gehört zum Spezialisierungsfeld Gesundes Leben und Gesundheitswirtschaft der RIS3 Strategie Thüringens. Es leistet einen Beitrag zur Vorbereitung einer grünen, digitalen und stabilen Erholung der Wirtschaft, inklusive Forschung und Entwicklung, die zu diesem Ziel oder zu einer Stärkung des Gesundheitssystems beiträgt. Das Vorhaben wird zudem durch EFRE-Mittel als Teil der Reaktion der Union auf die COVID-19-Pandemie (REACT-EU) unterstützt.