Neuer ultraschneller Detektor am Paul Scherrer Institut Vom Higgs-Teilchen zu neuen Medikamenten

Redakteur: Silvano Böni

Die Firma Dectris, ein Spin-off des Paul Scherrer Instituts, hat einen Detektor entwickelt, welcher den Forschenden hilft, Proteinmoleküle besser und genauer als zuvor zu vermessen. Das wiederum ist von hohem Interesse bei der Entwicklung neuer Medikamente.

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Der Eiger X 16M an der sogenannten PXI-Strahllinie der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS am PSI.
Der Eiger X 16M an der sogenannten PXI-Strahllinie der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS am PSI.
(Bild: Paul Scherrer Institut)

Eiger heisst das Gerät, das Forschenden unter anderem im Bereich Medikamentenentwicklung seit Neuestem die Arbeit erleichtert. Es handelt sich um eine Art Hochgeschwindigkeitskamera für Röntgenstrahlung. Genauer ist Eiger ein Detektor, der an grossen Forschungsanlagen Messungen mit Röntgenstrahlen erlaubt. Das Gerät ist eine Entwicklung der Schweizer Firma Dectris AG in Baden-Dättwil und des Paul Scherrer Instituts PSI.

Die Besonderheiten der Eiger-Detektoren sind sowohl eine hohe Anzahl Bildpixel – vergleichbar den Pixeln einer Digitalkamera – sowie eine enorm schnelle Bildverarbeitung. So kann die schnellste Variante bis zu 3000 Bilder pro Sekunde aufnehmen. Damit generiert der Detektor in jeder Sekunde etwa die Datenmenge, die auf eine DVD passt.

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Die Variante mit den meisten Pixeln, 16 Millionen an der Zahl, heisst entsprechend Eiger X 16M. Im Kristallografie-Labor der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS am PSI ging im Oktober 2015 der allererste X 16M in Betrieb. Damit schliesst sich ein Kreis, denn die Firma Dectris selbst ging vor rund zehn Jahren aus der Forschung und Entwicklung am PSI hervor.

Ein Detektor für die Suche nach dem Higgs-Teilchen am CERN

Alles begann Mitte der 1990er-Jahre: Das PSI erhielt die Aufgabe, für das CERN und dessen Suche nach dem – mittlerweile gefundenen – Higgs-Teilchen einen neuen Typ Teilchendetektor zu entwickeln. Der am PSI tätige Physiker Roland Horisberger machte sich ans Werk. Gemeinsam mit seinen Mitarbeitenden entwickelte er im Laufe von zwölf Jahren einen neuartigen Pixel-Detektor, der den hohen Teilchenzahlen am CERN gerecht wurde.

Damit hatten die Forschenden des PSI eine Kompetenz erworben, die sie auch für ihr eigenes Institut einsetzten: Sie passten den neuen Detektortyp so an, dass er nicht Teilchen, sondern die Röntgenstrahlung der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS einfangen konnte. Den so entstandenen Röntgendetektor nannten die Forschenden Pilatus. «Die Entwicklung war eine riesige Chance für das PSI und ergänzte die damals ganz junge SLS perfekt», so Bernd Schmitt, der heute Leiter der Forschungsgruppe für Detektorentwicklung an der SLS ist. Noch bevor die Ursprungsversion des Detektors am CERN ihren Dienst aufnahm, lieferten Pilatus-Detektoren am PSI bereits wertvolle Daten.

Von der Grundlagenforschung zum erfolgreichen Unternehmen

Der Pilatus-Detektor erregte bald bei Forschenden weltweit Interesse. Um ein vermarktbares Produkt daraus zu machen, gründeten die PSI-Entwickler im Jahr 2006 die Firma Dectris als Spin-off des PSI. Seit den Anfängen mit lediglich einer Handvoll Mitarbeitenden ist Dectris inzwischen ein beachtliches Schweizer Unternehmen mit rund 80 Angestellten geworden.

Dectris arbeitet bis heute eng mit dem PSI zusammen. Auch der Mikrochip, der das Herzstück des Eiger-Detektors bildet, wurde ursprünglich am PSI entwickelt – ebenfalls von den Forschenden um Roland Horisberger. «Dectris hat auf dieser Basis innerhalb von nur wenigen Jahren den kompletten Detektor hervorgebracht», so Horisberger anerkennend.

Die Schweizer Kommission für Technologie und Innovation (KTI) erkannte schon früh das Potential der Partnerschaft von Paul Scherrer Institut und Dectris und förderte die Entwicklung des Eiger-­Detektors zum fertigen Produkt. Eiger wurde in dieser Phase intensiv an realen Experimenten an der SLS getestet. Schliesslich ging der weltweit erste Eiger X 16M am Kristallografie-Labor an der SLS in Betrieb.

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