23. November 2017

„Hochauflösende Messtechnik ist die Basis der Photonik“


				
					Rainer Erdmann

Vor 21 Jahren gehörte Rainer Erdmann zu den Gründern der Berliner PicoQuant GmbH. Heute ist das Unternehmen Weltmarktführer im Bereich der gepulsten Diodenlaser und der zeitauflösenden optischen Messtechnik sowie ein führender Anbieter zeitauflösender Fluoreszenz-Spektrometer und -Mikroskope. Im Interview spricht Erdmann über den Stellenwert von Messtechnik in der Biophotonik, die Rolle hochauflösender Bildgebung in der Forschung und über die Perspektiven der optischen Quantentechnologien.

Herr Erdmann, können Sie uns PicoQuant kurz vorstellen?

Unsere Wurzeln reichen in die Spitzenforschung der Akademie der Wissenschaften in der DDR zurück. Bei DNA-Analysen war damals radioaktive Markierung üblich. Uns trieb die Idee um, diese durch schnellere, ungefährliche optische Methoden zu ersetzen und die dafür benötigten optoelektronischen Komponenten zu entwickeln. Die Wende hat dann jahrelang Vieles durcheinander gewirbelt. Wir haben 1996 als interdisziplinäres Team beschlossen, unsere Ideen selbstständig umzusetzen. Seither sind wir organisch und ohne Risikokapital zu einem innovativen Mittelständler mit 80 hoch qualifizierten Mitarbeitern verschiedener Disziplinen gereift. Wir sind heute Weltmarktführer im Bereich gepulste Diodenlaser und zeitauflösender optischer Messtechnik sowie führender Anbieter von zeitauflösenden Fluoreszenz-Spektrometern und hochauflösenden Fluoreszenz-Mikroskopen.


In welchen Bereichen finden Ihre Systeme und Komponenten Anwendung?

Das Gros unserer Kunden kommt aus dem akademischen Bereich und der industriellen Grundlagenforschung. Schwerpunkte sind die Life Sciences und zunehmend die Materialforschung, wo unsere Spektrometer und Mikroskope sehr gefragt sind. Ziel sind effizientere Photovoltaikanlagen oder faltbare Handydisplays auf Basis organischer Materialien oder Quantenpunkte. Die Grundlagen auf der Materialseite werden jeweils mit zeitauflösenden Methoden untersucht. Laser und Messtechnik liefern wir auch für Synchrotron-Anlagen wie BESSY oder an Raumfahrtunternehmen wie die NASA, die sie für die exakte Ausrichtung von Satelliten und die Erforschung optischer Kommunikationsmethoden nutzen. Weitere Anwendungen sind LIDAR-Systeme, mit denen sich Distanzen auch Unterwasser und durch Wolken hindurch präzise messen lassen.


Woher kommt diese Anwendungsbreite?

Einerseits sind unsere Produkte universell ausgelegt. Andererseits haben wir uns stets als Förderer der Wissenschaft verstanden. So haben wir gerade unseren 23. Workshop zur Einzelmolekül-Spektroskopie ausgerichtet, zu dem Spitzenforscher aus aller Welt anreisen und bei dem wir regelmäßig auch Nobelpreisträger als Redner begrüßen. Zudem richten wir Hands-On-Trainingskurse mit externen Spitzenreferenten aus, um unsere Kunden an Mikroskopie- und Spektroskopie-Systemen von PicoQuant und an Geräten unserer Wettbewerber zu schulen. Wir setzen darauf, dass unsere Kunden nur dann ein Produkt von uns kaufen, wenn es ihnen in ihren Fragestellungen wirklich weiterhilft. Hierfür beschäftigen wir Physiker, Biologen und Chemiker, die aus der Forschung kommen und verstehen, worum es den Kunden geht, welche Technologie Erfolg verspricht – und die ihnen bei ihren Problemen mit Rat und Tat zur Seite stehen. Wir wollen komplexe Systeme einfach machen.


Welche Bedeutung hat Ihre Messtechnik für den technologischen Fortschritt der Biophotonik?

Messtechnik ist die Basis. Wir entwickeln Elektronik, die mehrere Millionen Ereignisse pro Sekunde mit Pikosekunden-Präzision misst. Oft sind dafür entsprechend kurz und präzise gepulste Laser unabdingbar. Und es braucht entsprechende Software zur Datenaufbereitung. Wir profitieren sehr von den Fortschritten in der Halbleitertechnik, dank derer wir immer stärkere Diodenlaser in vielen neuen Wellenlängen entwickeln können. Teils entwickeln wir im Highend-Bereich auch ASICs als Grundlage für immer schnellere und präzisere Messmethoden. Wo die „Routine“-Mikroskopie an ihre Grenzen stößt, kann es helfen, zur räumlichen die zeitliche Auflösung hinzuzunehmen. Die Basis ist aber stets exakte Messbarkeit im Nanometer- und Pikosekundenbereich.


Gerade bei bildgebenden Verfahren verläuft die technologische Entwicklung rasant. Schlägt sich das in der Nachfrage nach hochauflösenden Mikroskopen nieder?

Ja. Bei den zeitlich und räumlich hochauflösenden Mikroskopen nimmt die Nachfrage zu. Wobei die Superresolution-Mikroskopie noch keine Routine ist. Das liegt weniger am optischen Teil der Technologie, als an der sehr anspruchsvollen Präparierung der Proben. Zeitlich hochauflösende Mikroskope sind gefragt, weil sie es erlauben, das eigentliche Signal vom Hintergrund zu trennen. Gerade für einzelne Moleküle kann dies entscheidend sein. Daneben ist entsprechend intelligente und schnelle Datenauswertung notwendig.


Hätten Sie zum Zeitpunkt Ihrer Gründung geglaubt, dass Forscher einmal per Fluorescence Lifetime Imaging mit hoher Auflösung in lebende Zellen schauen können?

Denkbar war es im zeitlichen Bereich, also mit Pikosekunden-Auflösung. In die Richtung haben wir damals mit raumfüllenden Laserapparaturen geforscht. Die Herausforderung, diese auf das heutige Schuhkartonformat und das nötige Niveau von Zuverlässigkeit zu bringen, erschien uns nicht unlösbar. Aber dass wir selbst Mikroskope mit solch einer zeitlichen und räumlichen Auflösung bauen, hätte ich nicht geglaubt. Aber als wir merkten, dass uns Wissenschaftler solche Systeme zutrauen, haben wir uns auf den Weg gemacht. Die Entwicklung der Hardware ist heute weit fortgeschritten. In den kommenden Jahren wird es verstärkt um die Software gehen – sowohl zur Auswertung als auch zur Nutzerführung. Mediziner und Biologen sind keine Physiker: Sie wünschen sich Anleitung, um sich mit den komplexen Geräten und in den verschiedenen Messprogrammen zurechtzufinden.


Optische Quantentechnologie gilt als Hoffnungsträger. Auch PicoQuant ist in diesem Bereich aktiv. Ist das für Sie aktuell ein Markt oder eher eine Investition in die Zukunft?

Ein sehr spannendes Gebiet! Unser Name besteht nicht umsonst aus Pico und Quant. Wir sind vor zwei Jahrzehnten mit der Messung von Einzelmolekülen gestartet – das ist nichts anderes als ein einzelner Quantenzustand. Wir sind durch unsere Praxis mit dieser Denkweise sehr vertraut und wir können als Unternehmen sehr viele Erfahrungen auf diesen jungen Markt übertragen. Es werden sicher noch 10 bis 15 Jahre vergehen, bis dieses Geschäft in die Breite geht. Zunächst in sicherheitsrelevanten Bereichen der Datenübertragung und später in Hochleistungsrechnern der Forschung. In Deutschland und Europa kommt langsam eine Dynamik in Gange, was sich an Symposien, Positionspapieren aus Forschung und Industrie sowie Förderbekanntmachungen ablesen lässt. Für PicoQuant ist es sowohl ein aktueller Markt als auch eine Investition in die Zukunft. Der Markt passt zu uns, weil es im Kern darum geht, komplexe Technologie einfach bedienbar und nutzbar zu machen. Wir entwickeln und verkaufen Enabling-Technologies, v.a. Zeitmesstechnik und Laser, mit denen Hochschulen und Forschungsinstitute die Grundlagen erarbeiten – und erzielen damit durchaus relevante Umsätze.

 
 
 
  • LASER World of PHOTONICS