Gegenstand der Förderung sind risikoreiche, vorwettbewerbliche Forschungs- und Entwicklungsvorhaben, die anwendungsbezogen sind. Gefördert werden innovative photonische und quantenbasierte Technologien und Verfahren mit Anwendungsperspektiven in der Medizin und der medizinischen Biotechnologie. Abhängig von den Zielen beziehungsweise dem Grad der Grundlagenorientierung der vorgeschlagenen Forschungsvorhaben erfolgt die Förderung im Rahmen von zwei Modulen:rn
Modul A:
Von besonderem Interesse sind anwendungsspezifische Kombinationen aus zwei oder mehr unterschiedlichen Verfahren der Photonik und der Quantentechnologien, aber auch anderer Technologiefelder. Hierbei muss wenigstens eines der eingesetzten Verfahren der Photonik oder den Quantentechnologien zuzuordnen sein. Schwerpunkte der Verbundprojekte sind die photonischen und quantenbasierten Ansätze, die Kombination mehrerer Verfahren sowie deren Evaluierung, so dass eine realistische Verwertungsperspektive nach Projektende gegeben ist. Darüber hinaus können notwendige ergänzende Arbeiten zum Beispiel zur Digitalisierung der Messtechnik und der digitalen Weiterverarbeitung der Daten gefördert werden, sofern dies für ein ganzheitliches Lösungskonzept erforderlich ist. Dabei wird auf die Standardisierbarkeit Wert gelegt. In diesem Zusammenhang insbesondere zu nennen sind die Nutzung von Standards beziehungsweise Quasi-Standards zum Beispiel bei Schnittstellen oder Datenformaten. Gegenstand der Projekte sollen Forschungsarbeiten sein, die einen ganzheitlichen Systemaufbau als Lösungsansatz demonstrieren. Charakteristisch für alle Vorhaben ist dabei eine klar definierte Anwendungsperspektive aus den Bereichen der Medizin oder der medizinischen Biotechnologie, wobei der zu erwartende Beitrag der Technologieentwicklung dargelegt werden muss. Es ist herauszuarbeiten, worin der Mehrwert der angestrebten quantentechnologischen und/oder photonischen Lösung besteht. Der Mehrwert kann durch den Vergleich sowohl mit konventionellen Lösungsansätzen als auch mit geeigneten Technologiealternativen aufgezeigt werden. Ein Systemintegrator und ein Endanwender, der erste Applikationstests durchführt, sind zwingend in den Verbund einzubeziehen. Die Koordination der Verbundprojekte soll in der Regel durch einen Industriepartner erfolgen. Um Zulieferketten abzusichern und die Breitenwirksamkeit der Fördermaßnahme sicherzustellen, wird dabei eine Einbindung des Mittelstands sowie kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) in die Verbundprojekte angestrebt.
Mögliche kombinierbare photonische und quantenbasierte Verfahren sind:
- Mikroskopische Verfahren;
- Fluoreszenzoptische Verfahren (Mikroskopie, FISH, FRET, FLIM et cetera);
- Autofluoreszenz;
- Spektroskopische Verfahren (UV, VIS, NIR, MIR);
- Streulichtspektroskopische Verfahren (DRS, Raman et cetera);
- Optische Kohärenztomografie (OCT);
- Optoakustik;
- Polarisationsoptische Verfahren;
- Quantitative Phasenanalytik beziehungsweise Bildgebung;
- Kamerabasierte Bildgebung (zum Beispiel CMOS et cetera);
- Quantenbasierte Bildgebung, zum Beispiel mittels verschränkter Photonen;
- Quantensensorik-Ansätze, zum Beispiel auf Basis von NV-Zentren.
Diese Aufzählung ist nicht als abschließend, sondern als beispielhaft zu verstehen.
Anwendungsszenarien und entsprechende Technologien sind beispielsweise:
- Label-freies IR-Imaging, Lasermikrodissektion und Next Generation Sequencing (NGS):
- Automatisierte Auswahl und Entnahme von Zellen einer Gewebeprobe für eine Analyse hinsichtlich der Tumorheterogenität;
- Mikrofluidik, optische Bildgebung zur MHK-Bestimmung, FISH und „stable isotope“-Markierung:
- Nachweis und Vorhersage der Entstehung antimikrobieller Resistenzen (AMR);
- Fluoreszenzmikroskopie und Magnetometrie:
- Charakterisierung biologischer Membranpotenziale und zellulärer Strukturen;
- Messung elastischer Lichtstreuung (zum Beispiel Kleinwinkel-Lichtstreuung) und inelastische Streulichtmessungen (zum Beispiel Raman-Spektroskopie):
- Bestimmung der Partikelgrößenverteilung, des Agglomerationsgrades sowie der chemischen Zusammensetzung von Aerosolen, zum Beispiel bei der Untersuchung von Exhalaten.
Diese Aufzählung ist nicht als abschließend, sondern als beispielhaft zu verstehen.
Modul B:
Dieses Modul adressiert insbesondere die Erforschung quantenbasierter Effekte aber auch neuer photonischer Methoden für neue, grundlegende Anwendungsperspektiven in der Medizin oder der medizinischen Biotechnologie. Charakteristisch ist ein besonders hohes Risiko der Forschungsarbeiten aufgrund des großen Neuheitsgrades des jeweiligen Ansatzes. Schwerpunkte der Verbundprojekte sind die photonischen und quantenbasierten Ansätze. Darüber hinaus können notwendige ergänzende Arbeiten zum Beispiel zur Digitalisierung der Messtechnik und der digitalen Weiterverarbeitung der Daten gefördert werden, sofern dies für ein ganzheitliches Lösungskonzept erforderlich ist. Auf die künftige Standardisierbarkeit wird Wert gelegt. In diesem Zusammenhang insbesondere zu nennen sind die Nutzung von Standards beziehungsweise Quasi-Standards, zum Beispiel bei Schnittstellen oder Datenformaten. Charakteristisch für die Vorhaben ist eine Anwendungsperspektive in der Medizin oder der medizinischen Biotechnologie. Es ist darzulegen, welche Vorteile sich für diese Anwendungsperspektiven aufgrund der untersuchten quantenbasierten oder photonischen Technologien ergeben. Mindestens ein Industriepartner muss sich aktiv mit einem eigenen Teilvorhaben an dem Verbundprojekt beteiligen. Des Weiteren wird die Einbindung eines Partners mit medizinischer Expertise empfohlen, wobei diese Expertise in Bezug auf die genannten Anwendungsszenarien zu erläutern ist. Die mögliche Anwendung und insbesondere der besonders große Neuheitsgrad müssen im Vergleich mit bereits existierenden Technologien nachvollziehbar dargelegt werden. Die Erkenntnisse, die im Rahmen solcher Vorhaben gewonnen werden, sollen perspektivisch die Basis für weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Zusammenarbeit mit der Industrie bilden.
Beispiele quantenbasierter und photonischer Themenfelder sind:
- Erzeugung verschränkter Photonen für eine quantenbasierte hochauflösende Bildgebung;
- Sensorkonzepte unter Verwendung von NV-Zentren;
- Verwendung reversibel schaltbarer Sonden: Anregung und Detektion mittels quantenbasierter Verfahren.
Diese Aufzählung ist nicht als abschließend, sondern als beispielhaft zu verstehen.
Für beide Module gilt:
Die genannten Themenfelder sind als beispielhaft und nicht als abschließend zu verstehen. Andere Themenfelder, die die genannten Ziele verfolgen, können ebenfalls im Rahmen der Bekanntmachung unterstützt werden. Jeder Projektvorschlag muss sich aus einem konkreten Bezug zu einer Anwendungsperspektive im Bereich der Medizin beziehungsweise der medizinischen Biotechnologie ableiten. Dies gilt auch für eher grundlagenorientierte Arbeiten.
Eine Förderung von Einzelvorhaben ist weder in Modul A noch in Modul B beabsichtigt.
