Forschung & Entwicklung

Mikrofluidikspektrometer im On-Chip-Format

Mittels organischer Laser wurde ein optofluidisches Analysesystem entwickelt, dass direkt im Mikrofluidikchip integriert ist. Ziel ist die wirtschaftliche Umsetzung dieser neuen Technologie.

Die Absorptionsspektroskopie ist schon seit Jahrzehnten ein gängiges Analyseverfahren beispielsweise in der Medizin, Umwelttechnik oder bei Lebensmitteln. Je nach Anwendung sind die gängigen VIS/NIR-Spektrometer jedoch große Laborgeräte. Für Untersuchungen vor Ort gibt es bereits tragbare Systeme, die jedoch nur für spezielle Untersuchungen und eingeschränkte Anwendungen einsetzbar sind.

An der Hochschule Karlsruhe wurde nun ein On-Chip-Absorptionsspektrometer entwickelt, das mit organischen DFB-Lasern (Distributed Feedback Laser) arbeitet. Dadurch konnte der Aufbau erheblich vereinfacht werden, sodass keine kosten- oder raumintensiven Bauteile wie Strahlteiler, Lichtleiter oder optische Filterelemente mehr notwendig sind. Der Aufbau wird dadurch nicht nur einfacher, sondern auch erheblich kleiner.

Organische On-Chip-Laser

Bei der Verwendung von Spektrometern ist es für die exakte Bestimmung des absorbierten Lichts essenziell, die Lichtintensität vor und hinter der zu untersuchenden Substanz zu kennen. Dafür werden üblicherweise Strahlteiler eingesetzt, die einen Teil des Lichtstrahls für eine Referenzmessung abzweigen. Das Forscherteam entwickelte eine neue Möglichkeit, indem sie ein Spektrometer mit organischen Lasern in Verbindung mit mikrofluidischen Kanälen direkt On-Chip herstellen. Durch die damit erreichte Reduzierung der verwendeten Bauteile wird das Spektrometer viel kleiner und auch unempfindlicher gegen Störungen. Zudem werden die Herstellungskosten so gering sein, dass auch eine Einmalnutzung als ‚Disposable Product‘ möglich sein könnte.

Das optofluidische Analysesystem besteht aus organischen DFB-Lasern, die jeweils in einem spezifischen Wellenlängenbereich Licht emittieren. Eine Flüssigkeit, die durch die darunter liegenden Mikrokanäle fließt, kann auf ihr Absorptionsverhalten bezüglich jeder der verwendeten Wellenlängen hin untersucht werden. Als Referenzsignal dient die zweite Abstrahlrichtung der Laser. Das Analysesystem lässt sich günstig für jede beliebige Wellenlänge des sichtbaren Lichts sowie im nahen Infrarot (NIR) realisieren. Die Materialien, aus denen die organischen DFB-Laser und sonstige Strukturen bestehen, sind zudem ungiftig und können daher ohne Beschränkungen entsorgt werden.

Durch den veränderten Aufbau eröffnen sich vielfältigste Anwendungsmöglichkeiten. Die Größe bietet vor allem in der Medizin ideale Voraussetzungen für die Point-of-Care-Diagnostik, wie die Blutanalyse direkt im Krankenwagen. Da unterschiedlichste Parameter gemessen werden können, ist das Anwendungsspektrum sehr breit: Neben Analysen in der Medizintechnik sind auch Umweltanalytik, Produktüberwachung oder Lebensmittelanalytik (Food und Beverage) als Einsatzmöglichkeiten denkbar.

Der nächste Schritt wird nun die konkrete Umsetzung eines Prototyps sein. Die Forscher werden damit untersuchen, welche konkreten Wellenlängen gebraucht werden und welche Stoffe wie gemessen werden können. Das Technologie Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen unterstützt die Forscher bei der Suche nach einem Kooperations- oder Projektpartner. Ideal wäre ein Projektpartner mit einem konkreten Entwicklungsziel. TLB ist mit der wirtschaftlichen Umsetzung dieser Technologie beauftragt und bietet Unternehmen Möglichkeiten der Zusammenarbeit und Lizenzierung der Schutzrechte.

von mg

www.tlb.de

www.hs-karlsruhe.de

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