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Miniatur-Spektrometer fürs Smartphone

Gefälschte Arzneimittel enttarnen? Wasserproben selbst untersuchen? Die Luftqualität überprüfen? All das könnte künftig per Smartphone möglich sein – schnell, kostengünstig und unkompliziert. Möglich macht es ein nur ein Gramm schweres Spektrometer des Fraunhofer-Instituts für Elektronische Nanosysteme ENAS, das sich künftig über herkömmliche Chiptechnologien für etwa einen Euro in Massen produzieren lassen soll.

Arzneimittel sind im Internet mitunter deutlich günstiger als in Apotheken. Bei den Online-Schnäppchen bleibt jedoch vielfach die Unsicherheit, ob einem nicht doch eine unwirksame oder anders zusammengesetzte Fälschung untergejubelt worden sein könnte. Künftig könnte man solche Fragen schnell und einfach klären: Mit einem Chip-Spektrometer, das Forscher am Fraunhofer ENAS derzeit entwickeln. „Unser Infrarot-Spektrometer wiegt nur etwa ein Gramm und soll perspektivisch nicht mehr kosten als einen Euro”, sagt Dr. Alexander Weiß, Abteilungsleiter am Fraunhofer ENAS. „Damit ließe es sich beispielsweise in Smartphones integrieren.”

Die möglichen Anwendungen sind keineswegs auf Medikamentenfälschungen beschränkt. „Unser Spektrometer ist für allerhand Einsatzbereiche interessant – etwa um Nahrungs- und Futtermittel hinsichtlich des Reifgrades oder mikrobielle Zersetzungen zu beurteilen, die Luftqualität in Innenräumen und Fahrzeugen zur gesteuerten Klimatisierung zu messen oder auch Schadstoffe in Luft, Wasser oder Nahrung zu detektieren.” Dazu sendet das Spektrometer Lichtstrahlen im Infrarotbereich aus. Das Licht verschiedener Wellenlängen wird dann mittels eines durchstimmbaren Filters zerlegt und mittels integrierter Wellenleiter zu einem Detektor geführt. Gitterkoppler mit Nanostrukturen bündeln dabei etwa 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. Trägt man auf, 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.

Doch wie ist es dem Forscherteam gelungen, die Baugröße des Spektrometers derart stark zu reduzieren, wo die generelle Funktionsweise doch ähnlich ist? „Herkömmliche Spektrometer bestehen meist aus diskreten mehr oder weniger gut integrierten Komponenten. Wir haben dagegen sowohl die Führung der Strahlung als auch die Spaltung der einzelnen Wellenlängen und die Detektion in einer Ebene integriert – wir sprechen daher auch von einem Inplane-Spektrometer”, erläutert Weiß.

Weitere Informationen finden Sie hier

Bild: Fraunhofer ENAS – Messaufbau mit Waferprober, optischen Faserprobes und Wafer mit Teststrukturen