Weltweit kleinster Ultraschalldetektor entwickelt
SWED ist 100 Mal kleiner als ein menschliches Haar und visualisiert deutlich kleinere Details
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Siliziumchip mit Detektoren (Foto: Roman Shnaiderman, helmholtz-muenchen.de) |
München (pte014/17.09.2020/10:30) Den weltweit kleinsten Ultraschalldetektor auf Basis miniaturisierter optischer Schaltkreise, die auf der Oberfläche eines Siliziumchips angebracht sind, haben Forscher des Helmholtz Zentrum München http://helmholtz-muenchen.de und der Technischen Universität München http://tum.de entwickelt. Der Silizium-Wellenleiter-Etalon-Detektor (SWED) ist 100 Mal kleiner als ein durchschnittliches menschliches Haar und visualisiert deutlich kleinere Details, als dies zuvor möglich war. Das ermöglicht eine ultrahochauflösende Bildgebung.
Silizium-Photonik-Technologie
"Der neue Detektor ist kleiner als eine Blutzelle und nie zuvor wurde ein so kleiner Detektor verwendet, um Ultraschall mithilfe der Silizium-Photonik-Technologie zu messen. Würde man einen piezoelektrischen Detektor auf die Größenordnung von SWED verkleinern, wäre er 100 Mio. Mal weniger sensitiv", sagt SWED-Entwickler Rami Shnaiderman. Anstatt die Spannung von piezoelektrischen Kristallen aufzunehmen, überwacht SWED die Änderungen in der Lichtstärke, die sich durch die miniaturisierten optischen Schaltkreise ausbreitet.
Die Größe des SWED beträgt etwa einen halben Mikrometer. Eine solche Größe entspricht einer Fläche, die mindestens 10.000 Mal kleiner ist als die kleinsten piezoelektrischen Detektoren, die derzeit in der klinischen Bildgebung zur Anwendung kommen. Die Größe des SWED ist laut Forschungsleiter Vasilis Ntziachristos zudem bis zu 200 Mal geringer als die verwendete Ultraschall-Wellenlänge. Somit kann er Merkmale darstellen, die kleiner als ein Mikrometer sind. Ein weiterer Vorteil des SWED sei die kostengünstige Massenfertigung.
Breite Anwendungspalette
Während das Team hauptsächlich einen Einsatz in der klinischen Diagnostik und in der biomedizinischen Grundlagenforschung anstrebt, bieten sich auch Anwendungsbereiche in der Industrie an. Durch die hohe Auflösung könnten ultrafeine Details in Geweben und Materialien erforscht werden. Eine erste Reihe an Forschungsarbeiten umfasst ultrahochauflösende optoakustische Bildgebung von Zellen und Mikrogefäßen in Geweben, doch SWED könnte auch eingesetzt werden, um Eigenschaften von Ultraschallwellen und ihre Interaktionen mit Materie in einem bisher nicht möglichen Maßstab zu erforschen.
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