Spürhund für Keime
Ein Raman-Spektrometer kann unerwünschte Bakterien und Pilze schnell nachweisen.
Physik Journal – Ein Raman-Spektrometer kann unerwünschte Bakterien und Pilze schnell nachweisen.
Künstlich gezüchtetes Gewebe spielt in der Medizin bei verschiedenen Verletzungen und Beschwerden eine wichtige Rolle, Knorpel ist ein Beispiel dafür. Bei der Herstellung von künstlichem Knorpel muss die Sterilität gewährleistet sein, die deshalb erforderlichen Testverfahren sind jedoch zeitaufwändig: Zunächst müssen Proben genommen und anschließend mithilfe von Nährlösungen kultiviert und vermehrt werden, da sich Bakterien und Pilze nur zuverlässig erkennen lassen, wenn sie in größeren Mengen vorliegen. Das dauert typischerweise eine Woche oder länger. Soll die Art des Keimes erkannt werden, sind genetische Analysen erforderlich. Eine Forschergruppe der Fraunhofer-Gesellschaft hat nun ein weitgehend automatisiertes Testverfahren entwickelt, das Bakterien und Pilze innerhalb von wenigen Stunden nachweisen kann, selbst wenn es sich nur um einen einzelnen Keim handelt. Beteiligt waren Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute für Physikalische Messtechnik (IPM), für Grenzflächen und Biover-fahrenstechnik (IGB) und für Biomedizinische Technik (IBMT).
Abb.: Mit einem Raman-Spektrometer lassen sich Keime aufspüren. (Bild: Fraunhofer-IPM)
Sie haben ein Raman-System aufgebaut, das aus einem kommerziell erhältlichen Mikroskop, einem Spektrometer und einer Flusszelle besteht. In der Brennebene des Mikroskops befindet sich die Flusszelle, die einen Filterchip aus Siliziumnitrid enthält. In seinem Mikrolochträger bleiben nur die Partikel einer wässrigen Lösung hängen, die eine verdächtige Größe aufweisen. Die For-scher identifizieren sie mithilfe des Mikroskops und eines Erkennungsalgorithmus. Dann bestrahlen sie die Partikel durch die Mikroskopoptik mit dem Licht eines 120-mW-Lasers bei 785 nm Wellenlänge und messen die Raman-Strahlung in Rückstreu-geometrie. Da der Effekt klein ist und die biologischen Proben stark verdünnt sind, ist hierfür eine hohe Numerische Apertur erforderlich, um eine ausreichende Auflösung zu erreichen und Raman-Strahlung aus einem genügend großen Raumwinkel ein-zufangen. Alle optisch relevanten Teile der Flusszelle bestehen aus Quarzglas, um möglichst wenig Raman-Licht zu absorbieren.
Die so gewonnenen Spektren der Keime vergleicht das System automatisch mit denen bekannter Bakterien und Pilze. Mit dem vorhandenen Demonstrator wollen die Projektbeteiligten noch dieses Jahr erste Blindtests durchführen, die von Gesundheitsbe-hörden kontrolliert werden.
Michael Vogel
Quelle: Physik Journal, April 2010, S. 16
AH
