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Moderne Diagnostik ermöglicht durch Optik
BLUT
 

BLUT

Optik und Fortschritte bei der Blutdiagnose

Das Blut gewährleistet die einwandfreie Funktion, Gesundheit und Erhaltung der Zellen, des Gewebes und der Organe, aus denen der menschliche Körper besteht. Erkrankungen des Blutes sind beispielsweise Leukämie, Sichelzellenanämie sowie Anämie, die dank moderner Diagnosegeräte wie Durchflusszytometer, Zellsortierer und Mikroskope erkannt und behandelt werden können. Solche Entwicklungen waren nur möglich, weil in den vergangenen zwei Jahrzehnten wesentliche Fortschritte in der Optikbranche erzielt wurden. Moderne Optikkomponenten, beispielsweise hochwertige optische Filterbeschichtungen und Objektivlinsen aus mehrere Elementen, trugen im Bereich der Hämatologie, d.h. der Diagnose und Behandlung von Erkrankungen des Blutes, wesentlich zu neuen Erkenntnissen der Forschung bei.

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Blood and Optics

Erkrankungen des Blutes

Im Folgenden sind häufige Erkrankungen des Blutes aufgelistet, die durch moderne Diagnoseverfahren erkannt werden können, beispielsweise durch die Durchflusszytometrie. Dank der Fortschritte der optischen Industrie können diese Erkrankungen leichter erkannt und behandelt und medizinische Verfahren und Geräte schneller, benutzerfreundlicher und portabler angeboten werden.

Bild 1: Übersicht Bluterkrankungen

Leukämie

Leukämie wird auch als Blutkrebs bezeichnet und ist eine bösartige und fortschreitende Erkrankung des Knochenmarks sowie anderer Blut produzierender Bereiche, wobei anormal oder verfrüht Leukozyten produziert werden, welche die Produktion der normalen, gesunden Blutzellen im BlutplasmaDie wichtigste flüssige Komponente des Blutes, sie wird oft als Transportmittel oder Matrix für die roten und weißen Blutkörperchen sowie die Blutplättchen betrachtet. Blutplasma besteht zu etwa 95 % aus Wasser und macht etwas mehr als die Hälfte des gesamten Blutvolumens beim Menschen aus. Die übrigen Bestandteile des Plasmas sind verschiedene Proteine, Zucker, Gerinnungselemente und verschiedene Elektrolyte. unterdrücken.

Diagnoseverfahren

Zur Anzeige, Diagnose und Behandlung des Blutes und anderer Körperflüssigkeiten werden viele Verfahren und Methoden eingesetzt. Die am häufigsten eingesetzten Verfahren sind die Durchflusszytometrie, Zellsortierung, Optofluidik und Mikroskopie.

Durchflusszytometrie

Eine leistungsfähige Technologie, welche die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Partikeln in einer Flüssigkeitssuspension analysiert. Wenn die Partikel einen Laserstrahl passieren, werden durch Auswertung des vorwärts und seitwärts gerichteten Streulichts qualitative und quantitative Daten erfasst.

Zellsortierung

Fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS) ist ein Spezialgebiet der Durchflusszytometrie, das aktiv jeweils einzelne Zellen aus einer heterogenen Zellsammlung in verschiedene Behälter sortiert. Dazu werden generelle Lichtstreuung und das Fluoreszenzverhalten unter Berücksichtigung der Eigenschaften jeder Zelle verwendet.

Optofluidik

Technologie, die die Fachgebiete Mikrofluidik und Optik verbindet. Anwendungen sind beispielsweise diverse Flüssigkristallanzeigen, Energietechnik und optische Linsen. Das Hauptaugenmerk von Startup-Unternehmen sind jedoch Lab-On-Chip-Geräte, Biosensoren und Molekular-Bildgebungssysteme.

Screening mit hohem Durchsatz

Ein leistungsfähiges Verfahren zur Medikamentenentwicklung, das in der Pharmaindustrie häufig eingesetzt wird. In der Regel handelt es sich um eine automatisierte Prozedur zur schnelleren Entwicklung innovativer Medikamente mit weniger Risiken durch menschliche Fehler.

Mikroskopie

Zur Augenscheinprüfung von Histologiepräparaten oder Zellpräparaten und Proben werden traditionell Lichtmikroskope eingesetzt. Hochwertigere Mikroskope, sogenannte konfokale oder Multiphotonen-Mikroskope, nutzen mehrere Laser, Abtastspiegel, motorgesteuerte Aktuatoren und Hochleistungsdetektorarrays, um die intrazellulare Aktivität bzw. die Interaktion zwischen den Proteinen besser zu erkennen.

Fluoreszenz-aktivierte Zellsortierung (FACS)

Eine spezielle Durchflusszytometrie, bei der fluoreszierendes und Streulicht von biologischen Zellen genutzt wird, um diese in separate Behälter zu sortieren. Eingesetzt wird dieses Verfahren zur schrittweisen Trennung einer heterogenen Mischung.

Diagnostic Techniques

Beispielverfahren: Durchflusszytometrie

Die Durchflusszytometrie ist die primäre Technologie zur Inspektion und Erkennung von Erkrankungen des Blutes und anderer Körperflüssigkeiten. Ein Durchflusszytometer besteht aus drei kritischen Teilsystemen – einem Fluidik-System, einem elektronischen Detektor und einem optischen System.

Flow Cytometry
Bild 2: Typische Durchflusszytometerkonfiguration

Fluidiksystem: Hydrodynamische Fokussierung

Hochwertige Messungen durch hohe Durchflussraten:

  • Phenotyping, d. h. die Prognose des Phänotyps eines Organismus ausschließlich aus den genetischen Informationen, die durch DNA-Sequenzierung oder Genotyping gesammelt wurden.

Höhere Auflösung durch niedrigere Durchflussraten:

  • Zell- und DNA-Analyse

Elektronisches Detektorsystem

Vorwärtsstreulicht: Messung des leicht außerhalb der Laserstrahlachse gestreuten Lichts zur Erkennung von Partikeln bestimmter Größe.

Seitenstreulicht: Die Messung des am stärksten gebrochenen und reflektierten Lichts an einer Grenzfläche in der Zelle, an der sich der Brechungsindex proportional zur Zellkomplexität und Granularität ändert.

Gerätetechnik

  • Photomultiplierröhren (PMTs): Zur Erkennung der schwachen Signale, die durch SSC und Fluoreszenz erzeugt werden.
  • Photodioden: Weniger empfindlich als PMTs, zur Erkennung stärkerer FSC-Signale.

Optisches System

Anregungsoptiken: Laser und Linsen zur Strahlformung und Laserstrahlfokussierung.

Emissionsoptiken: Verschiedene Linsen zur Bündelung des Streulichts sowie Spiegel, Filter und Strahlteiler zur Umlenkung des Strahls.

Fluorophore und Filter für die Fluoreszenzmikroskopie

Informieren Sie sich, wie Fluorophore und optische Filter bei der Fluoreszenzmikroskopie eingesetzt werden.

Verwandte Produkte

Optiken sind für viele moderne Diagnoseverfahren und Technologien zur Blutanalyse unverzichtbar. Strahlteiler und die verschiedenen Filterarten, beispielsweise Bandpass-, dichroitische, Langpass- und Kurzpassfilter, sind einige der am häufigsten eingesetzten Komponenten.

Bandpass Filters

Bandpass Filter

Optische Bandpassfilter transmittieren selektiv einen Teil des Spektrums und reflektieren alle anderen Wellenlängen außerhalb des Durchlassbands.

Bild 3 (links): Transmissionsprofil eines Bandpassfilters

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Optische
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Ausrichtung optischer Filter

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Kundenspezifischer Bandpassfilter

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custom bandpass filter
Bild 4: Ein Kurzpassfilter und ein Langpassfilter lassen sich zu einem kundenspezifischen Bandpassfilter kombinieren.
Shortpass Filters

Kurzpassfilter

Kurzpass-Kantenfilter transmittieren Wellenlängen, die kürzer sind als die spezifische Grenzwellenlänge des Filters.

Bild 5 (links): Transmissionsprofil eines Kurzpassfilters

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Kundenspezifische Bandpassfilter

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Longpass Filters

Langpassfilter

Langpass-Kantenfilter transmittieren Wellenlängen, die größer sind als die spezifische Grenzwellenlänge des Filters.

Bild 6 (links): Transmissionsprofil eines Langpassfilters

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Kundenspezifische Bandpassfilter

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Dichroic Filters

Dichroitische Filter

Dichroitische Filter reflektieren unerwünschte Wellenlängen und lassen den gewünschten Teil des Spektrums durch. Dieser Effekt ist bei manchen Anwendungen erwünscht, weil das Licht je nach Wellenlänge in zwei Strahlwege getrennt werden kann.

Bild 7 (rechts): Transmissionsprofil eines dichroitischen Filters

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Beamsplitters

Strahlteiler

Strahlteiler sind Optikkomponenten, mit denen ein einfallender Lichtstrahl in zwei Strahlen geteilt wird. Im Gegensatz zu dichroitischen Filtern wird das einfallende Licht nicht nach Wellenlänge getrennt, sondern in einem definierten Reflexions-/Transmissionsverhältnis (beispielsweise 50/50 oder 70/30) in zwei Strahlwege aufgeteilt.

Bild 8 (links): Diese Strahlteilerplatte teilt das einfallende Licht wird in zwei getrennte Strahlwege.

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Stephan Briggs

Edmund Optics'® Einsatz für Blut-Diagnostik

  • Konstruktion und Fertigung von Optiken zur Verbesserung der Gesundheit weltweit.
  • Unterstützung der Entwicklung optischer Systeme zur korrekten Diagnose vernachlässigter und neuer Bluterkrankungen in aller Welt, beispielsweise Anämie, Leukämie, Sichelzellenanämie, Myelom, Thalassämie, Polyzythämie und Hämophilie.
  • Unterstützung der Entwicklung benutzerfreundlicher optischer Geräte für Ärzte, Hämatologen, Krankenschwestern oder Techniker zur schnellen und exakten Diagnose per Tastendruck.
  • Erforschung und Entwicklung innovativer optischer Komponenten zur schnelleren Entwicklung von Geräten für die Arztpraxis in armen Regionen bzw. für die arme Bevölkerung, die keinen Zugang zum modernen Gesundheitswesen besitzt.
  • Förderung nicht invasiver optischer Diagnoseverfahren, um die Gesundheit weltweit durch Behandlung von Bluterkrankungen zu verbessern.
left quotation mark Ich möchte unseren Kunden helfen ihre Entwicklung von nicht invasiven medizinischen Techniken und Systemen,
die Licht und fortschrittliche Optiken verwenden, voranzutreiben. 
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--Stephan Briggs, Ingenieur der Biomedizin und Life Science Experte

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