Smartphone als Mikroskop

Fördergelder aus dem universitätsinternen Fond zum Wissens- und Technologietransfer unterstützten die Entwicklung.

Aufnahmen mit dem Smartphone-Mikroskop

Mais  (c) ITO
Mais

Gummibaum (Blatt) (c) ITO
Gummibaum (Blatt)

Lilie (Fruchtknoten) (c) ITO
Lilie (Fruchtknoten)

Ein Mikroskop für unterwegs, einfach und preiswert herzustellen, war Ziel von Prof. Alois Herkommer und Carsten Reichert vom Institut für Technische Optik (ITO). Grundlage der Überlegung war die Masterarbeit von Reichert, in der er verschiedene Konzepte vorstellt, wie Smartphones als Mikroskop verwendet werden können. Die beiden Wissenschaftler wollten diese Konzepte weiterentwickeln und verschiedene Prototypen entwickeln und testen. Um die dafür notwendige finanzielle Unterstützung zu erhalten, stellten sie einen Antrag auf die universitätsinterne Förderung von Projekten zum Wissens- und Technologietransfer.

Wie verlief das Procedere der Antragsstellung?

Da die Masterarbeit als Grundlage diente, habe die Bearbeitung des Antrags nicht viel mehr als einen halben Tag gedauert, so Herkommer. Auch danach ging alles sehr schnell. „Vielleicht waren wir ein Sonderfall, weil es bei uns nur um eine vergleichsweise niedrige Fördersumme in Höhe von 9.000 Euro ging. Jedenfalls hatten wir sehr rasch eine mündliche Zusage und zwei Monate später Mitte Oktober 2015 folgte dann die schriftliche Zusage aus der Abteilung Forschung über den Erhalt der Fördersumme“ erklären die beiden Forscher.

Das Projekt

Mit einem speziell gefertigten Aufsatz bestehend aus einer umfunktionierten Smartphone-Optik als Mikroskop-Objektiv und verschiedenen Haltevorrichtungen kann jedes handelsübliche Smartphone als Mikroskop genutzt werden. Es erreicht eine Auflösung im Bereich von 3 bis 4 Mikrometer. Komplexere Prototypen ermöglichen sogar Phasenkontrast- oder Hologramm-Aufnahmen. Die Haltevorrichtungen dienen zum Einlegen des Objektträgers, auf ihnen kann das Smartphone aufgelegt oder festgeklemmt werden und sie erlauben eine Fokussierung auf das Objekt. Die Halterungsysteme werden preiswert mittels 3-Drucker hergestellt. Für das Objektiv des Mikroskops verwenden die Wissenschaftler die Optik eines Kameramoduls z.B. von Smartphones (relativ kostengünstig, ca. 4 Euro).

Es gibt einige wenige, ähnliche Konkurrenzprodukte räumen die beiden Forscher ein. Doch diese sind meist an eine bestimmte Smartphone-Marke gebunden. Zudem haben sie entweder eine sehr viel schlechtere Auflösung oder sind teurer. Die Anschaffung eines vergleichbaren Smartphone Mikroskops kostet ca. 80 Euro. „Unser Modell kostet ca. 25 Euro im Verkauf und kann für verschiedene Smartphone-Typen verwendet werden.“ 

Wofür wurde die Fördersumme verwendet?

Die Forscher kauften einen 3D-Drucker, um verschiedene Haltevorrichtungen herzustellen, Linsenmodule sowie weiteres Zubehör und Materialien.

Welche Entwicklungen fanden statt?

Alois Herkommer und Carsten Reichert haben Kontakt zu verschiedenen Firmen aufgenommen z.B. zu Zeiss und den Kosmos-Verlag. Darüber hinaus gibt es eine wissenschaftlich-technologische Zusammenarbeit mit der University of Baroda (MSUB) in Indien. Das System kann zur besseren Diagnose von Krankheiten genutzt werden, z.B. wenn kein Mikroskop vorhanden ist.

„Wir haben unser System in Schulen vorgestellt, Schülerinnen und Schüler fanden das toll. Auch von den Lehrerinnen und Lehrern kam viel positive Resonanz“, berichtet Reichert stolz. Wir verwenden das System auch bei der Fraunhofer Talent School, bei TryScience und beim Girls´ Day. Teilnehmerinnen und Teilnehmer können hier selbst die Mikroskope zusammenbauen.

Den Zuschlag für ein Projekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) mit Fördergeldern von insgesamt 700.000 Euro hätten wir sonst wahrscheinlich nicht erhalten“, vermutet Prof. Alois Herkommer. Gemeinsam mit der Firma fischertechnik, Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO und anderen Partner soll in dem Projekt „Baukastensysteme zur Realisierung optischer Systeme“ (BaKaRoS) ein Optikbausatz entwickelt werden. Ziel ist die Bereitstellung von Design und Herstellungsweise auf einer Open Source Plattform, und später die Vermarktung als Bausatz zusammen mit fischertechnik. Darüber hinaus habe das Smartphone-Projekt auch das BMBF-Projekt Printoptics mit einer Gesamtfördersumme von 500.000 Euro positiv unterstützt.

Carsten Reichert ist inzwischen Doktorand am Institut und maßgeblich bei dem BMBF-Projekt BaKaRoS involviert. Er betreut drei Studienarbeiten, die mit der Weiterentwicklung des Smartphone Mikroskops zusammenhängen. Für seine Masterarbeit erhielt er den Nachwuchspreis der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik (DGaO). Darüber hinaus hat er Inhalte der Arbeit deutschlandweit mit viel Erfolg bei verschiedenen Science Slams vorgestellt.

Prof. Alois Herkommer (links) und Carsten Reichert haben verschiedene Prototypen entwickelt und getestet, um Smartphones als Mikroskop zu nutzen. (c)
Prof. Alois Herkommer (links) und Carsten Reichert haben verschiedene Prototypen entwickelt und getestet, um Smartphones als Mikroskop zu nutzen.

Resümee der Wissenschaftler

Durch die Förderung sei ein „positiver Druck“ entstanden, Kontakt zu Firmen zu suchen und das Smartphone mit dem Mikroskopaufsatz zu präsentieren.

„Mit dem Projekt Geld zu verdienen, hat sich als schwierig erwiesen“, erklärt Reichert. Für die Herstellung in größeren Stückzahlen und für die Vermarktung müsse viel Zeit investiert werden. Trotzdem sagen die beiden Wissenschaftler: „Es hat sich auf jeden Fall gelohnt, die Förderung zu beantragen“ und empfehlen auch ihren Kolleginnen und Kollegen sich um die universitätsinterne Förderung zu bewerben. „Mit dem Geld konnten wir unsere Idee weiterentwickeln, verschiedene Prototypen bauen, an Wettbewerben teilnehmen das Projekt hat viele weitere Arbeiten befruchtet“ sind sich die Wissenschaftler einig.

Prof. Dr.

Alois Herkommer

Stiftungsprofessur "Optikdesign und Simulation" am Institut für Technische Optik

 

Carsten Reichert

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Optik

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