Quantentechnologie revolutioniert biomedizinische Diagnostik durch neuartige verschränkte Holographie

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert erstmals ein bahnbrechendes Projekt zur Nutzung verschränkter Photonen für die biomedizinische 3D-Bildgebung und Holographie mit einem Gesamtvolumen von rund 800.000 Euro. Das Verbundprojekt „3D-Quantenbildgebung mit nicht-detektiertem Licht und Wellenfrontkontrolle“, das in einer engen Kooperation zwischen der TU Dresden und der TU Darmstadt durchgeführt wird, markiert einen bedeutenden Schritt in der Anwendung der Quantentechnologie der zweiten Generation. Angeleitet wird das Projekt von Prof. Markus Graefe (TU Darmstadt) sowie Prof. Juergen Czarske und Dr. Lars Büttner vom Kompetenzzentrum BIOLAS (TU Dresden). Das Projekt startet ab 1. Januar 2025 und hat eine Laufzeit von 3 Jahren.

Im Zentrum des Projekts steht die Entwicklung und Anwendung von Quantenbildgebungstechniken auf Basis räumlich korrelierter Photonen. Dies ermöglicht es, Lichtquellen des beleuchtenden und detektierten Lichts spektral voneinander zu trennen, was einen Paradigmenwechsel in der biomedizinischen Diagnostik einleitet. Insbesondere sollen neue Methoden zur Untersuchung von karzinogenem Gewebe entwickelt werden, die eine markerfreie, chemisch selektive und schonende 3D-Bildgebung ermöglichen und so eine vielversprechende Alternative zur traditionellen Fluoreszenzmarkierung bietet. Durch die Anpassung des Beleuchtungslichts an die Absorptionslinien bestimmter Biomoleküle im infraroten Spektralbereich wird ein natürlicher Kontrast erzeugt, der die molekulare Struktur von Geweben und Zellen besser sichtbar macht, aber es wird korreliertes „Partner-Licht“ im sichtbaren Spektralbereich auf einer Kamera detektiert.

Der physikalische Hintergrund dieser Forschung geht u.a. auf die Arbeiten des Nobelpreisträgers Prof. Anton Zeilinger zurück. Die Forscher der TU Dresden und der TU Darmstadt verfolgen dabei die Vision, verschränkte Photonen und das Prinzip der "spukhaften Fernwirkung" zu nutzen, um Bildinformation vom Beleuchtungslicht (Infrarot) auf das detektierte Licht (sichtbar) zu übertragen. Ein Novum stellt dabei auch die angestrebte 3D Bildrekonstruktion dar. Diese innovativen Ansätze könnten einen erheblichen Fortschritt in der Krebsdiagnostik bedeuten und zugleich Grundlagen der Quantentechnologie der 2. Generation nachhaltig erweitern.

Das Vorhaben eröffnet neue Möglichkeiten, die etablierten Methoden der Bildgebung in den Biowissenschaften durch verschränkte Photonen zu bereichern und eine schonendere und gleichzeitig präzisere Diagnose von Krebserkrankungen zu ermöglichen.

Kontakt:

Prof. Jürgen Czarske
TU Dresden
Professur für Mess- und Sensorsystemtechnik
Tel.: +49 (351) 463-34803
E-Mail: juergen.czarske@tu-dresden.de