Forschung

Die Basis für unsere Technologie ist die sogenannte Inline-Holographie-Mikroskopie. Wir strahlen kohärentes Licht durch ein transparentes Volumen mit mikroskopisch kleinen Objekten wie Bakterien, Sporen, Algen, Mikroplastik usw. darin. Diese Objekte streuen einen kleinen Teil dieses Lichts. Das gestreute Licht interferiert mit dem Beleuchtungsstrahl, wodurch Interferenzmuster entstehen, die von einer Kamera aufgenommen werden. Die in diesem Projekt weiterzuentwickelnde bahnbrechende Technologie verwendet Inline-Hologramme um das volle Lichtfeld über das gesamte Probenvolumen durch Backpropagation oder numerische Refokussierung zu berechnen. Dies bietet mehrere Vorteile: 1. Die Möglichkeit, nach der Bildaufnahme numerisch nachzufokussieren, vereinfacht die Aufnahme der Daten erheblich. 2. Zellen und Umweltpartikel können in ihrer natürlichen 3D-Umgebung beobachtet werden. 3. Es ist möglich, viel mehr Objekte gleichzeitig zu beobachten, als dies mit herkömmlicher Mikroskopie möglich ist, und es ist möglich, einen kontinuierlichen Fluss einer analysierten Flüssigkeit aufzuzeichnen. Basierend auf den mit dieser Technologie gesammelten Daten möchte Holloid Algorithmen entwickeln, die es Forschern und Umweltanalytikern ermöglichen, Bakterien und Mikropartikel gleichzeitig zu erkennen und zu quantifizieren, wobei ein Mikroskop/Sensor verwendet wird, der für die Umweltüberwachung einschließlich Grundwasser geeignet ist. Dies wird ein neues Mittel darstellen, das es den Verantwortlichen für die Wasserqualität in der Umwelt und letztendlich im Trinkwasser ermöglicht, neue Einblicke mit erheblichen Auswirkungen auf die Gesundheit unserer Ökosysteme und Menschen zu gewinnen. Schließlich können die Ergebnisse dieses Projekts die Grundlage für zahlreiche andere Anwendungen in der Umweltüberwachung und darüber hinaus bilden.

Biophysikalische Eigenschaften wie mechanische und elektrische Eigenschaften von Bioobjekten können als markierungsfreie Biomarker dienen, um ihren physiologischen Zustand und ihre funktionellen Aktivitäten aufzuzeigen. Die meisten konventionellen Verfahren sind dadurch begrenzt, dass sie einen Durchschnittswert für die biophysikalischen Eigenschaften eines Ensembles von Zellen messen. Die Messung der biophysikalischen Eigenschaften von Einzelzellen ist in der Biomedizin und Biotechnologie von entscheidender Bedeutung, da z. B. eine Krebsdiagnose im Frühstadium nur mit einer Einzelzellanalyse möglich ist. Darüber hinaus macht die wirtschaftliche Rolle von Mikroorganismen wie Hefe, Bakterien und Algen in der Lebensmittel- und Gesundheitstechnologie ihre individuelle Charakterisierung unerlässlich. Die gebräuchlichsten Methoden zur Identifizierung und Charakterisierung von Einzelzellen konnten aufgrund ihrer komplexen Arbeitsweise und ihres sehr geringen Durchsatzes bisher weder in der Klinik noch in der Industrie eingesetzt werden. Die Durchflusszytometrie (FC) ist die gebräuchlichste Technik, die im klinischen Bereich zur Zellsortierung eingesetzt wird. Sie ist jedoch wenig spezifisch für die Charakterisierung der biophysikalischen Eigenschaften von Objekten, und bei der klassischen FC müssen die Proben markiert werden, was den Arbeitsablauf erschwert und möglicherweise Artefakte verursacht. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung des elektroakustischen Spinnens als neuartige Technik zur gleichzeitigen Charakterisierung elektrischer und mechanischer Eigenschaften einzelner Zellen mit ausreichendem Durchsatz, ohne Markierung und wirtschaftlich, um industriell relevant zu sein. Wir werden die elektrischen und mechanischen Eigenschaften einer Vielzahl von Zellen gleichzeitig messen, indem wir die Rotation der Zellen in einem elektroakustischen Feld zwischen zwei parallelen Elektroden beobachten. Das homogene elektroakustische Feld beeinflusst die Zellen überall gleich, was es ermöglicht, die Eigenschaften vieler Zellen gleichzeitig zu bewerten.

Quantenpunkte (QD) sind Hochleistungsmaterialien für Anwendungen mit optischer Umwandlung, wie z. B. farberzeugende Schichten in Displays. Die nächste Generation der Displays und anderen optoelektronischen Geräten die Formulierung von Quantenpunkten mit hohem Volumenanteil in organischen Flüssigkeiten, die zB auf LEDs in LCD- und mikro-LED-Displays gedruckt werden können. Solche Quantenpunkt-Tinten sind noch nicht auf dem Markt und stellen für Perowskit QDs (PQD) eine besondere Herausforderung dar, da sie instabil sind, eine uneinheitliche Größe aufweisen und im Rohzustand nicht mit organischen Matrizen kompatibel sind. BrightComSol hat Pionierarbeit bei molekularen Oberflächenbeschichtungen und Produktionsmethoden zur Formulierung von PQDs in hochviskosen Polymerkunststoffsystemen mit hohen Volumenanteilen geleistet. Wir werden auf dieser Technologie aufzubauen, um eine Oberflächenbeschichtung und eine Synthesemethode zu entwickeln, die es ermöglicht, PQDs in typischen Tintenformulierungen zu dispergieren. Durch eine Kombination aus Größenänderung der PQDs in Gegenwart solcher Liganden und Optimierung der Liganden werden wir Formulierungen von PQDs realisieren, die für den Druck langfristig kolloidal stabil sind. Unsere neuen Liganden und Formulierungen werden dichte Schalen um die kleinen PQDs erzeugen. Ein Teil der Schale stabilisiert die PQD-Oberfläche und Kristallstruktur, der andere Teil sorgt für die Kompatibilität mit der Flüssigkeit der Tinte. Wir werden die Dispersionen charakterisieren, von den Eigenschaften der as-synthetisierten PQDs über die kolloidale Stabilität bis hin zu den optischen Eigenschaften der Tintendispersionen. Unsere akademischen Partner an der BOKU werden uns bei der Auswahl und Synthese neuartiger Liganden unterstützen, die die Stabilität der PQDs und PQD-Dispersionen aufgrund ihrer molekularen Architektur und physikochemischen Eigenschaften optimieren.