Werkzeug Licht für treffsichere Diagnostik und Therapie

• Schwerpunkt Biophotonik auf der LASER World of PHOTONICS 2022
• Photonik erfüllt Schlüsselrolle in der Pandemie-Bekämpfung
• Weltleitmesse bringt führende Akteure des photonisch getriebenen Fortschritts in den Life-Sciences zusammen

Ob hochauflösende Mikroskopie und Spektroskopie, ob Blutanalytik per Multi-Parameter-Durchflusszytometrie oder die im Kampf gegen SARS-Covid-19 unverzichtbaren PCR-(Polymerase Chain Reaction)-Tests samt nachgelagerter Genomsequenzierung der Virus-Mutanten: Die fortschrittlichsten Verfahren für die medizinische Diagnostik und naturwissenschaftliche Analytik basieren auf dem Werkzeug Licht. Die LASER World of PHOTONICS wird vom 26. bis 29. April 2022 zur globalen Plattform der führenden Akteure aus der Biophotonik sowie von Anbietern optoelektronischer Schlüsselkomponenten.

Dass die 25. LASER World of PHOTONICS als Präsenzmesse stattfinden kann, ist zu einem Gutteil der Innovationskraft ihrer Aussteller zu verdanken. Denn ohne die Komponenten und Anwendungen der Photonik, die im Fokus der Weltleitmesse stehen, wäre die Menschheit im Kampf gegen die Pandemie und das Virus SARS-Covid-19 kaum so weit, dass an eine Messe zu denken wäre. Doch nun ist auf Basis eines professionellen Schutz- und Hygienekonzepts, dass sich bereits auf mehreren Veranstaltungen der Messe München bewährt hat, ist eine sichere Messe möglich.

Schlüsselrolle in der Pandemie-Bekämpfung

Was das mit Photonik zu tun hat? Sehr vieles davon, was die medizinische Forschung bisher über das Virus und seine Mutanten herausgefunden hat, ist dem Werkzeug Licht zu verdanken. Optoelektronische Schlüsselkomponenten haben die schnelle Sequenzierung des SARS-CoV-2-Genoms ermöglicht, die für die Entwicklung der Impfstoffe, Schnell- und PCR-Tests essenziell war. Die so genannte Vollgenomsequenzierung positiver Proben dient mittlerweile auch zur engmaschigen Verfolgung der Virusmutationen. Zudem liefert die Photonik Schlüsselkomponenten für die Testverfahren. So gelingt der Virennachweis im zuverlässigen PCR-Verfahren anhand fluoreszierender oder kolorimetrischer Signale, die spezifische Moleküle der Viren abgeben. Aufgezeichnet werden diese mithilfe modernster Multi-Pixel-Photonenzähler, Photosensoren und CMOS-Kameramodule. Selbst in massenhaft genutzten Antigen-Schnelltests ist mit der Dünnschichtchromatographie eine im Kern photonische Lösung im Einsatz. Sie macht anhand der erscheinenden Striche sichtbar, ob eine Infektion vorliegt oder nicht.

Biophotonik ebnet den Weg in die personalisierte Medizin

Dass die medizinische Forschung beim Ausbruch der Pandemie sofort auf hochentwickelte photonische Werkzeuge zugreifen konnte, geht auf die kontinuierliche Weiterentwicklung von Laserstrahlquellen, Photosensoren und Präzisionsoptiken zurück. Die Treiber dieses Fortschritts treffen sich vom 26. bis 29. April in München: Ihre Lösungen sind die Basis für minimalinvasive Operationen und Diagnostik. Miniaturendoskope – lichtleitende Glasfasern mit 3D-gedruckten Linsen – ermöglichen Inspektionen in Blutgefäßen. Mit ihren immer höher auflösenden Mikroskopen und Nano-Spektroskopie-Verfahren lassen sich Biomaterialien auf molekularer Ebene analysieren. KI-Verfahren helfen den Anwendern, im Handumdrehen verwertbare Informationen aus den riesigen Bilddatenmengen zu gewinnen, die modernste bildgebende Verfahren in Megahertz-(MHz)-Frequenzen aufzeichnen. Die hohe Bildfrequenz macht teils in Verbindung mit Ultrakurzpulslasern chemische Prozesse und winzige Positionsänderungen beobachteter Objekte in lebenden Zellen sichtbar.

Laser unterschiedlicher Wellenlängen sind im Zusammenspiel mit optischen Filtern die Basis für die Multi-Parameter-Durchflusszytometrie, die Zelltypen in Blut schnell und zuverlässig identifiziert. Solche photonisch basierte Highend-Analytik ist ein zentrales Werkzeug für die personalisierte Medizin. Über die Detektion von im Blut zirkulierender DNA und mithilfe hochauflösender Zell- und Gewebeanalysen gelingt es, Krankheiten immer früher zu erkennen und ihre biochemischen Wirkprinzipien im Körper der Patienten zu entschlüsseln. Das ist die Grundlage, um Therapien gezielter an den individuellen Patienten auszurichten und die Wirksamkeit der eingeleiteten Maßnahmen mithilfe des schnell wachsenden Werkzeugkastens für die multimodale Bildgebung und Analytik zu kontrollieren. Dieser beschleunigte klinische Ablauf im Sinne der personalisierten Behandlung hat nicht nur einen Namen – „Theranostics“ – sondern auch eine zentrale Enabling-Technology: die Photonik.

Biophotonik für Lebensmittelsicherheit und schonende Landwirtschaft

Das Anwendungsspektrum der Biophotonik ist damit längst nicht erschöpft. Sie entwickelt multispektrale Sensorik, mit der Lebensmittelhersteller die Qualität ihrer Produkte sichern. Landwirte experimentieren mit Laserverfahren anstelle von Herbiziden für das Unkrautmanagement und kontrollieren mit Sensoren auf den Quadratmeter genau, ob und wo den Pflanzen auf ihren Feldern Nährstoffe fehlen. Auch Saatgut- und Pflanzenproduzenten setzen photonische Lösungen auf breiter Front ein. Und spätestens, wenn Nutzpflanzen beim Urban Farming indoor wachsen, geht kein Weg an energieeffizienter UV-Beleuchtung mehr vorbei. Auf der LASER 2022 kommen die Enabler dieser geballten photonischen Einsatzvielfalt in München zusammen.

Mehr Informationen zur Messe: world-of-photonics.com

Weitere Themen und Interviews rund um die Photonik bietet das Photonik-Branchenportal.