Neuartige Methode zur Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung und Struktur von Proben

Die Raman-Spektroskopie ist eine wichtige Methode zur Untersuchung von Materialien – einschließlich Nanostrukturen – und biologischer Systeme zur Analyse ihrer Zusammensetzung. Ihre Anwendungen reichen von der medizinischen Industrie bis hin zur Planetenerkundung. Trotz ihrer Beliebtheit als zerstörungsfreies, schnelles und effizientes Werkzeug zur Identifizierung und Verifizierung verschiedener Substanzen waren Raman-Spektrometer in der Vergangenheit sperrig und kostspielig. Um sie sowohl kleiner als auch erschwinglich zu machen und mit ihnen verwertbare Ergebnisse zu erzielen, hat eine Initiative im Rahmen des EU-finanzierten Projekts IoSense (Flexible FE/BE Sensor Pilot Line for the Internet of Everything) ein neues System mit einer On-Chip-Technologie entwickelt. Dieses System kann verwendet werden, um Handscanner herzustellen, oder sogar in ein Smartphone integriert werden.

In einer Pressemitteilung des Projektpartners Interuniversitair Micro-Electronica Centrum (imec) heißt es dass auf dem Markt erhältliche tragbare Geräte „die gewünschte Leistung für hochwertige Anwendungen nicht erreichen was hauptsächlich auf die begrenzte Skalierungskapazität der herkömmlichen dispersiven Raman-Spektrometrie zurückzuführen ist bei der Streulicht auf einen Spalt fokussiert wird.“ Weiter heißt es: „Skalieren bei gleichzeitig hoher spektraler Auflösung (< 1 nm) bedeutet die Größe des Spaltes zu reduzieren wodurch der optische Durchsatz sofort begrenzt wird. Dank eines neuen zum Patent angemeldeten Konzepts konnte imec diese Leistungsbarriere nun überwinden.“

In der Pressemitteilung wird darauf hingewiesen, dass dank der „massiven Parallelisierung von Wellenleiterinterferometern, die monolithisch auf einem CMOS-Bildsensor integriert sind, sowohl ein hoher optischer Durchsatz als auch eine hohe spektrale Auflösung in einem miniaturisierten Gerät erreicht werden können.“ Im Weiteren wird ausgeführt: „Dieses neuartige System ist in die Siliziumnitrid-Biophotonikplattform (SiN) von imec eingebaut, die Robustheit garantiert und für die Großserienfertigung geeignet ist.“

Vielfältige Anwendungen

Nach Angaben von Pol Van Dorpe, Leiter des technischen Personals bei imec, könnte die neue Technologie unter anderem in Bereichen wie „Lebensmittelanalytik, Melanomerkennung oder Hautfeuchtigkeit zum Einsatz kommen. Im medizinischen Bereich sehen wir Möglichkeiten für lineare Messungen bei Operationen oder Endoskopien. Und für die Weltraumforschung ist die Fähigkeit, Materialanalysen mit einem kompakten System durchzuführen, von hohem Wert.“

Die Raman-Spektroskopie, benannt nach Sir Chandrasekhara Venkata Raman, dem Nobelpreisträger für Physik von 1930, bezeichnet die spektroskopische Untersuchung der unelastischen Streuung von Licht an Materie. Die Methode ermöglicht die Analyse von Schwingungs-, Rotations- und anderen niederfrequenten Zuständen in einem System. Licht interagiert auf verschiedene Weise mit Materie. So kann ein Lichtstrahl Materie durchdringen oder auch an ihrer Oberfläche reflektiert oder zerstreut werden. Sowohl die Materie als auch die Wellenlänge des Lichts haben Einfluss auf diese Wechselwirkung. Die Spektroskopie beschreibt dabei eine Methode zur Untersuchung dieses Lichts.

Laut der Projektwebsite wurde IoSense das die Arbeit von imec teilweise unterstützte ins Leben gerufen um „die Grundlage für eine erhöhte Fertigungskapazität für diskrete und integrierte Sensoren und Sensorsystemlösungen in Europa zu schaffen einschließlich Designentwicklung und Tests für verschiedene wichtige anwendungsorientierte Lieferketten.“ IoSense zielt auf verschiedene Bereiche wie intelligente Mobilität Gesellschaft Energie und Gesundheit ab.

Weitere Informationen:
IoSense-Projektwebsite