Forscher des Fraunhofer- Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF haben erstmals Aufnahmen veröff entlicht, die mit einer neuartigen Quantenbildgebungstechnologie aufgenommen wurden. Von Dr. Markus Gräfe, Gruppenleiter der Fachabteilung Quantum Enhanced Imaging am FIO
Mithilfe eines sogenannten „Einkristall-Set-Ups“ ist es uns gelungen, Quantenbilder und -videos zu generieren. Diese Technologie ist insbesondere für den Bereich der Biowissenschaften und Materialwissenschaften relevant, da sie besonders kontrast- und informationsreiche Bildgebung von Gewebe bei gleichzeitig niedriger Strahlungsdosis ermöglicht. Werden in der medizinischen Forschung Zellkulturen oder Gewebe per Mikroskop untersucht, werden sie mit Licht bestrahlt. Der Nachteil daran: Bei jeder Untersuchung geht eine bestimmte Strahlendosis vom sichtbarem Licht aus. Das heißt, die Lichtstrahlen interagieren mit dem untersuchten Gewebe. Auch wenn diese Interaktion minimal ausfällt, kann sie empfindliches Gewebe verändern oder dauerhaft beschädigen.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF haben nun eine Möglichkeit entwickelt, Quantentechnologien für dieses Problem nutzbar zu machen. Mittels Quantenbildgebungstechnologien können beispielsweise Proteine in Gewebe kontrastreich und besonders schonend nachgewiesen werden. Dies macht sie extrem relevant für Anwendungen im Bereich der Health und Life Sciences.
Gerade im Bereich biologischer Studien ist oft die Messdauer durch die Eigenschaft der Phototoxizität beschränkt, also der Sensitivität von Proben bezüglich der schädlichen Einwirkung von Licht. Damit ist auch das Spektrum der Prozesse, die der Forschung überhaupt zugänglich sind, stark limitiert. Zellprozesse die über mehrere Minuten oder gar Stunden andauern, sind so gar nicht oder nur schwer beobachtbar. Hier kann uns Quantentechnologie helfen, besonders im interessanten UV-Spektralbereich.
Das wissenschaftliche Setup der Technologie basiert auf einem neuartigen 1-Kristall-Konzept im sichtbaren (VIS) bzw. nah-infraroten (NIR) Spektralbereich des Lichts. Im Vergleich zu herkömmlichen optischen Bildgebungsverfahren ist nun neu, dass das Licht, welches die Kamera erreicht und damit das Bild erzeugt, niemals mit dem Objekt interagiert hat. Dies funktioniert über sogenannte verschränkte Photonenpaare. Unter Energie erhaltung werden dabei aus dem Quanten-Vakuum und einzelnen eingestrahlten Photonen jeweils verschränkte Photonenpaare erzeugt, wobei man die Wellen längen eines jeden einzelnen präzise über die Ausrichtung und Temperatur des Kristalls kontrollieren kann. Durch den entsprechenden Interferometer-Aufbau können dann gezielt die Information des einen Photons über das Partner-Photon ausgelesen werden. Das interagierende Photon wird dabei nie auf die Kamera gebracht, und dennoch entsteht das Bild. Ein besonders kompakter, robuster und stabiler Versuchsaufbau ermöglicht sehr kurze Belichtungszeiten bis hin zur Videorate.
