Chip zeigt im Sekundentakt was los ist im Reagenzglas
Was gerade los ist im Reagenzglas zeigt ein nur fingernagelgrosser Chip, den Wiener Wissenschaftler entwickelt haben. Der Infrarot-Sensor detektiert in Sekundenbruchteilen direkt in Flüssigkeiten deren Inhaltsstoffe und misst, wie sich deren Konzentration verändert. Die Forscher stellten ihren Sensor nun im Fachjournal «Nature Communications» vor.
Die Wissenschaftler um Borislav Hinkov vom Institut für Festkörperelektronik der Technischen Universität (TU) Wien machten sich bei der Chip-Entwicklung den Umstand zunutze, dass viele Moleküle ganz bestimmte Wellenlängen im Infrarotbereich absorbieren.
So haben verschiedene Moleküle ihren ganz spezifischen Infrarot-Fingerabdruck. Durch Messung, welche Wellenlängen wie stark absorbiert werden, lässt sich feststellen, wie hoch die Konzentration eines bestimmten Moleküls in der Probe gerade ist.
Das ist eine bewährte Technik, speziell in gasförmigen Proben wird diese «Infrarot-Spektroskopie» schon lange verwendet. Dem Team um Hinkov ist es gemeinsam mit Kollegen mehrerer TU-Institute gelungen, diese Technologie extrem kompakt auf einem etwa fingernagelgrossen Chip unterzubringen, der speziell für Flüssigkeiten geeignet ist.
Der Sensor liefert dabei Daten in Echtzeit - viele Male pro Sekunde. «Man muss also nicht wie bei anderen Technologien eine Probe entnehmen, sie analysieren und dann vielleicht minutenlang auf ein Ergebnis warten. Man sieht exakt, wie sich die Konzentration verändert und in welchem Stadium sich der untersuchte Prozess gerade befindet», so Hinkov in einer Mitteilung.
Der Sensor basiert auf Quantenkaskadenlasern und -Detektoren. Diese winzigen Halbleiter-Bauteile senden Infrarotstrahlung mit einer präzise definierten Wellenlänge aus beziehungsweise detektieren diese. Den Forschern zufolge könnte man auf dem Chip auch eine grössere Zahl unterschiedlicher Quantenkaskaden-Sensoren unterbringen, die verschiedene Wellenlängen aussenden bzw. erfassen und somit die Konzentration unterschiedlicher Moleküle gleichzeitig messen können.
«Damit eröffnen wir ein neues Feld in der chemischen Analytik: Die Echtzeit-Infrarotspektroskopie in Flüssigkeiten», sagte Hinkov. Laut TU sind die Anwendungsmöglichkeiten extrem vielfältig, etwa bei der Echtzeit-Analyse chemischer Reaktionen bei der Medikamentenherstellung oder in industriellen Fertigungsprozessen.
