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Neue Chips für biomedizinische Anwendungen

11.03.1998 - (idw) Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

NRW foerdert Verbund

Halbleiter-Mikrosensorik als Spitzenforschung an Universitaeten

Die Quantenphysiker der Universitaet Bonn, also jene Leute, von denen man gemeinhin annimmt, dass sie sich ausschliesslich mit Photonen, Quarks und anderen subatomaren Teilchen befassen, erhielten nun Foerdermittel fuer Entwurf und Entwicklung ihrer Hochleistungs-Chips. In der Tat ist das, was dort in einer Arbeitsgruppe von Prof. Norbert Wermes unter Leitung von Dr. Peter Fischer am Physikalischen Institut entsteht, Spitzentechnologie: Von ihrer Rechengeschwindigkeit und Komplexitaet her mit den bekannten Pentium-Prozessoren vergleichbar, jedoch nach anderem Prinzip gebaut, verarbeiten diese Chips groesste Datenmengen und sind fuer empfindlichste Sensorsteuerungen geeignet.

Um Elementarteilchen nachweisen und ortsgenau bestimmen zu koennen, benoetigt man extrem empfindliche elektronische Bauteile. Doch warum sollten sich fuer solche Chips und Sensoren nicht auch praxisnaehere Anwendungen, beispielsweise fuer neue Verfahren in der Biologie oder Medizin finden lassen? Insgesamt sieben Arbeitsgruppen an fuenf Universitaeten in Nordrhein-Westfalen (Bochum, Bonn, Dortmund, Siegen, Wuppertal) schlossen sich zum Forschungsverbund Halbleiter-Mikrosensorik zusammen. Der Verbund wurde Ende Februar 1998 in das Innovationsprogramm Forschung des Landes NRW in die Thematik "Spitzenforschung" aufgenommen und erhaelt nun fuer drei Jahre Foerdermittel in Hoehe von 1,8 Mio. DM. Sprecher des Verbundes ist Prof. Wermes von der Bonner Universitaet.

Dem Forschungsverbund geht es insbesondere um die Entwicklung von sogenannten Halbleiter-Mikrostreifen und Pixelsensoren mit winzigen Sensorelementen in Verbindung mit speziellen Elektronikchips. Diese Chips sind die Spezialitaet der Bonner Arbeitsgruppe. Bei den dort entwickelten ASIC-Chips (application specific integrated circuit) sind bis zu 10.000 Verstaerker mit mehr als einer Million Transistoren auf einer Flaeche von 1 cm2 untergebracht - das ist absolute Spitzentechnologie. Im Bonner Institut geschieht das Wesentliche des Chip-Designs: Der Entwurf des Chips am Computer sowie der anschliessende Test der gefertigten Einheiten. Die Produktion selbst ist auch bei so etwas Kompliziertem wie einem Chip eher Routine. Gefertigt wird ausser Haus und vollmaschinell in dafuer ausgestatteten Chipherstellungs-Betrieben. Wie gut und sauber gearbeitet wurde, zeigt dann der Test im institutseigenen Chiplabor. Bereits ein winziges Staubpartikelchen oder eine fehlerhafte unter mehreren 100.000 Verbindungen kann ausreichen, um den Chip unbrauchbar zu machen.Eine Anwendung kann man bereits kaeuflich erwerben: das sogenannte "Bioscope". Es gestattet die raeumliche und zeitliche Beobachtung von radioaktiv markierten Zellstrukturen. Ein anderes Produkt entsteht in Zusammenarbeit mit dem Institut fuer Molekularbiologie Jena. Es handelt sich dabei um ein Nachweissystem fuer die Verfolgung von einzelnen, markierten Molekuelen, was bislang so nicht moeglich war.

Vielversprechend erscheint den Wissenschaftlern auch das Projekt eines "integrierten Pixelsensors", bei denen jede Pixelzelle des Sensors bereits eine eigene Verstaerkerstufe enthaelt. Dieses Projekt wird im Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut Muenchen verfolgt. Gegenueber den normalen Pixelsensoren bedeutet das eine weitere Qualitaetsverbesserung und eroeffnet moegliche, neue Einsatzbereiche. Eine weitere, sehr anwendungsnahe Weiterentwicklung eines Pixelchips, urspruenglich konzipiert fuer den Nachweis von Elementarteilchen, ist beispielsweise der "Zahnroentgenchip". Er koennte, direkt in die Mundhoehle gebracht, ein Echtzeitbild des Zahnes liefern, ohne den Umweg ueber eine Filmentwicklung und deshalb vielleicht mit groesserer Schaerfe und geringerer Strahlenbelastung fuer den Patienten.

Ansprechpartner: Prof. Dr. Norbert Wermes, Tel.: 0228 - 73 35 33, e-mail: wermes@physik.uni-bonn.de, http://opalr2.physik.uni-bonn.de/html/fausthomepage.html


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