Mit dem Chip-Spektrometer, das Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer ENAS derzeit entwickeln, lassen sich zum Beispiel Nahrungs- und Futtermittel beurteilen, die Luftqualität in Innenräumen und Fahrzeugen messen oder Schadstoffe in Luft, Wasser oder Nahrung detektieren.
Wie funktioniert das?
Das Spektrometer sendet Lichtstrahlen im Infrarotbereich aus. Das Licht verschiedener Wellenlängen wird mit einem durchstimmbaren Filter zerlegt und durch integrierte Wellenleiter zu einem Detektor geführt. Gitterkoppler mit Nanostrukturen bündeln z.B. das von einer zu testenden Tablette reflektierte Licht in integrierten Wellenleitern. Soll die Luftqualität untersucht werden, gelangt stattdessen das Licht in eine spezielle in der Ebene integrierte Absorptionszelle. Je nachdem, bei welcher Wellenlänge wie viel Licht zum Detektor gelangt, erhält man ein charakteristisches Spektrum, das ähnlich wie ein Fingerabdruck bei jeder Probe unterschiedlich ist. Eine gefälschte Tablette, die sich anders zusammensetzt, hat also ein anderes Spektrum als das Originalmedikament.
Miniaturisierung und lernende Algorithmen
Führung der Strahlung und die Spaltung der einzelnen Wellenlängen und die Detektion wurden in einer Ebene integriert – es etstand ein Inplane-Spektrometer. Soll das Spektrometer in Smartphones integriert werden können, ist nicht nur eine kleine Baugröße gefragt. Das System muss einfach und intuitiv bedienbar sein und klare Auswertungen liefern.
Hier kommen intelligente, lernende Algorithmen zur Anwendung. Das Spektrometer wird über eine App gestartet, die eine Handlungsanleitung enthält, wie die Messung korrekt durchgeführt wird. Das Spektrometer erstellt das Spektrum und die Software vergleicht es mit Vergleichsspektren, die in einer Datenbank hinterlegt wurden.
Je mehr Nutzer das System verwenden, desto größer werden die Vergleichsmöglichkeiten. Dem Nutzer wird nur das Ergebnis angezeigt, beispielsweise „Originalmedikament“.
Erste Spektrometer-Chips haben die Forscher bereits hergestellt, der Proof-of-Concept ist erbracht. Nun stehen verschiedene Charakterisierungen auf dem Programm. Laufen diese Untersuchungen wie erhofft, könnte das Spektrometer in etwa zwei Jahren den Weg in den Massenmarkt finden.
