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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Lasereinheit als optischer Sensor


Autor: Robert Niestroj (babelfisch42)
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Hallo Allerseits,
ich bin ganz neu im Forum aber möchte alle begrüßen und zu den äußerst 
interessanten Beiträgen gratulieren.
Zu meinem Projekt: ich habe einen Zeitschriftenartikel gelesen in dem 
ein Lasermoduk eines DVD-Laufwerks als optischer Detektor für Zellen in 
einem Flüssigkeitsstrom dient, ähnlich wie Durchflusszytometrie, falls 
das jemand kennt. Nun möchte ich so etwas für meine Firma bauen.
Es geht darum, Zellen an einer planaren Oberfläche zu detektieren, und 
das ganze am besten noch per µC zu automatisieren. Wie kann ich die 
Signale der Lasereinheit in brauchbarer Form abfangen? Ich schätze mal 
der Controller in dem Lasermodul wird schon aus dem analogen Signal der 
Fotodiode digitale Signale für das Laufwerk machen, oder? Das analoge 
Signal an der Fotodiode abzufangen macht wohl nicht so viel Sinn, oder? 
Ich müsste die richtigen Anschlüsse am Flachbandkabel des Lasermoduls 
finden und diese Signale dann mit einem Referenzsignal (z.B.) von einer 
nachweislich glatten Oberfläche ohne Zellen, abgleichen. Aber wie setze 
ich das praktisch um?
Ich habe ein altes DVD-Laufwerk und einen Arduino, den ich dafür auch 
eventuell nutzen wollte (z.B. zur Weiterleitung der digitalen Signale 
und als Steuerung für einen x-y scanner. Was schlagt ihr vor?

Beste Grüße

Robert

Beste Grüße

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Du erwartest aber nicht von uns eine patentierbare idee, die schnell und 
guenstig umgesetzt werden kann, pfannenfertig ruebergereicht zu bekommen 
? Als absolutes Minimum solltest du mal ein paar messungen gemacht 
haben, mit den relevanten Theorien vertraut sein.

Autor: Robert Niestroj (babelfisch42)
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Hallo verschneiter Tag,
sowas Ähnliches schwebte mir vor. ;-)
Nein, im Ernst. Ist mir natürlich klar, aber ich dachte jemand hat sowas 
in der Art schon mal gemacht, dann hätte ich ein wenig Zeit und 
Recherchen gespart. Sagen wir mal, ich fange erstmal an und wenn es dann 
konkreter wird, melde ich mich noch mal. Mir geht es ja auch nicht nur 
um das Ergebnis, sondern auch der Weg dahin interessiert mich.
Also dann, ich bin im Labor... ;-)
Ach, und falls wirklich schon mal jemand sowas gemacht hat, für Tipps 
bin ich offen.

Gruß

Robert

Autor: D. S. (jasmin)
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Stelle Doch bitte einmal den Artikel hier hinein.
Dann können wir vielleicht ein Prinzip erkennen und weiterhelfen.

DS

Autor: Robert Niestroj (babelfisch42)
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Die Datei kann ich nicht hochladen, aber hier ist der Link:
http://publik.tuwien.ac.at/files/pub-et_12786.pdf

Damit wäre das Prinzip erläutert, nur stehe ich vor dem Problem der 
Ansteuerung bzw. des auslesens des Lasermoduls. Die Details hat der 
Autor natürlich für sich behalten....
Gruß

Robert

Autor: Wegstaben Verbuchsler (wegstabenverbuchsler)
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was spraeche dagegen, den Original Autor mit ins Boot zu nehmn und 
gemeinsam in marktriefes Produkt zu entwickeln?

Autor: Torsten Schwalm (torstensc)
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Ezähl mal was für Zellen du gern detektieren möchtest. Wie sind sie 
markiert? Willst du sorten oder nur detektieren? Beim Flow hast du ja 
neben der Fluoreszenz noch den Front- und Sidescatter. Du kannst ja 
lediglich die Anwesenheit von Zellen detektieren. Wenn's nur ein 
Zellzähler sein soll schau mal bei CASY vorbei. Die können die Zellen 
auch nur zählen. Eine ordentliche Flowanalyse ist relativ schwierig. 
Allein das Know-How einen ordentlichen Sheet-Flow zu erzeugen ist 
gigantisch. Nicht umsonst kosten die Flowkammern für Geräte von BD ein 
Schweinegeld. Fürs FACScalibur geht's noch aber fürn Diva liegst du 
schon im 5-Stelligen Bereich.
Erzähl mal was du genau machen willst (evl. als PM). Ich habe auch mit 
Flow und der entsprechenden Technik zu tun .

Torsten

Autor: D. S. (jasmin)
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Huch,

duck und wech, ich verstehe nur "Bahnhof" ;-)...

Autor: Robert Niestroj (babelfisch42)
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Na ja, FACS war vielleicht kein so ein gutes Beispiel.
Also wir entwickeln Biosensoren, mit denen wir seltene Zellen aus dem 
Blut detektieren wollen. Das Problem im Laboralltag ist, dass man die zu 
untersuchenden Oberflächen mit Zellen inkubiert, wäscht, und je nach 
Anzahl der Proben stundenlang vor dem Mikroskop sitzt um die gebundenen 
Zellen zu zählen (und damit Aussagen über den Erfolg des 
Versuchsansatzes bekommt). Dann habe ich dieses Paper gefunden und mir 
gedacht, so einen Ansatz könnte ich auch dafür verwenden. Da wir 
modifizierte Goldoberflächen als Substrat zum Binden der Zellen 
verwenden, reflektieren diese auch.
Wenn man einen Ansatz findet, wie man fluoreszenzmarkierte Zellen zählen 
kann (wie im FACS mit unterschiedlichen Farben gefärbt), wäre das 
natürlich noch toller. Meine Vorstellung ist: ich habe einen Biosensor 
mit Zellen, lege ihn in das Gerät, welches dann den Chip mit dem 
Laserkopf abfährt und mir am Ende die Zahl der gebundenen Zellen sagt.
Da die Pits auf einer DVD sich auch im Mikrometerbereich bewegen 
(bisschen kleiner, so 0,5 µm glaube ich, oder?), hat das System auch 
eine ausreichende Auflösung zur Detektion.
Gruß

Robert

Autor: zwieblum (Gast)
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Warum hängst du keine Kamera hinter das Mikroskop und wertest das Bild 
aus?

Autor: Torsten Schwalm (torstensc)
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Du willst also detetektieren wieviele adherente Zellen auf eine 
bestimmten Fäche vorhanden sind? Normalerweise wird der Überstand 
abgespült der Rest trypsiniert o.ä. und dann durch einen Zähler ala CASY 
gejagt. Das live auf Substrat zu detektieren ist schwierig. Wenn der 
Zellrasen zu dicht ist kannst du nämlich die einzellnen Zellen nicht 
unterscheiden. Die einzige Variante wäre eine Fluoreszenzfärbung mit 
DAPI damit du die Kerne unterscheiden kannst. Allerdings sollte der 
Aufwand das zu detektieren gigantisch sein. Auch vom Preis her. Da wir 
auch rasterelektronische Auswertung von sowas gemacht haben kan ich 
sagen, nur über die Topografie dürfte nicht gehen. Eine Möglichkeit wäre 
eine Fluoreszenzfärbung (Kerne wegen der Eindeutigkeit) und dann mit 
einer Optik und unter einem Zeilensensor durchziehen und das Bild 
auswerten. Durch die zeilenweise Ausgabe könnte man das sicherlich 
relativ gut Auswerten. Allerdings sicherlich nicht mit einem 
Mikrocontroller. Wenn die Fläche relativ klein ist könnte man die 
Fluoreszenz auch mit LEDs rauskitzeln. Allerdings ist das eher ein 
Projekt für richtig viele Mannstunden.

Torsten

Autor: Torsten Schwalm (torstensc)
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Oder Mikroskop --> Kamera und dann mit Analysis eine Auswertung 
schreiben.

Autor: weinbauer (Gast)
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Autor: Robert Niestroj (babelfisch42)
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Die Auswertung mittels Bildanalyse-Software habe ich schon umgesetzt. 
Ich habe ein Makro in ImageJ geschrieben, was über einen Threshold die 
Zellen als Partikel herausfiltert und erkennt.
Allerdings ist hier auch das Problem des Arbeitsaufwandes. Da der Sensor 
1 cm2 hat, muss man viele Einzelbilder machen, oder pro Sensor 
mindestens 5 Bilder in zwei Fluoreszenzkanälen (grün und orange) 
aufnehmen um eine halbwegs statistische Aussage machen zu können.
Es sind keine adärente Zellen, sondern sie schwimmen im Blut und werden 
an der Sensoroberfläche gebunden. Das abspülen erfolgt, um unspezifische 
Blutzellen wie Erythrocyten und Leukocyten zu entfernen. Die Zielzellen 
werden dann fluoreszenzmarkiert, oder werden zu Testzwecken schon 
markiert in die Blutprobe gegeben.
Herunterspülen und dann zählen geht auch nicht, da es pro Sensor nur 
sehr wenige sind.
Was ich noch überlegt habe, ist den Mikroskoptisch mit einem Motor zu 
verbinden, so dass der Chip abgefahren wird und dann die Zellen online 
mit einer Software detektiert werden. Da meine Programmierkenntnisse 
aber relativ bescheiden sind, traue ich mich da noch nicht so wirklich 
heran. Zudem ist die Kamera eine Kamera des Mikroskopherstellers (Zeiss) 
und nicht mit herkömmlichen (oder OpenSource-) Programmen ansprechbar.
Na ja, deswegen dachte ich, fängst Du erstmal an und guckst wie dur 
voran kommst. Ich betrachte das auch eher als Herausforderung und 
interessantes Projekt mit Lernpotential. Zeitdruck habe ich da auch 
nicht, da ich das Projekt privat betreibe (aber wenn es funktioniert, in 
der Firma vorstelle).
Vielen Dank für die Hilfe bisher, bin weiterhin gespannt ;-)

Robert

Autor: weinbauer (Gast)
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schaut auf den ersten Blick recht simpel aus die Ansteuerung ...
im Prinzip könnte man über den Fokus sogar 3D scannen

Autor: Robert Niestroj (babelfisch42)
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Ich werde mal morgen mit dem Lasermodul ein wenig herumexperimentieren. 
Wieviel Spannung braucht die wohl, wie ein Laufwerk 12 V? Ich will das 
Ding ja auch nicht gleich zerschießen. Die Anordnung mit den 
Lautsprechermotoren sieht gut aus, ich brauche nur welche mit einer 
relativ großen Amplitude. 1 cm müssen sie schon bringen...

Autor: Weingut Pfalz (weinbauer)
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für Laser soweit ich weiß Konstantstromquelle

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