Das Analyselabor zum Mitnehmen: Mini-Spektrometer im Mobiltelefon
Im BMBF-Forschungsprojekt »nanoSPECS« entwickeln Forscher der TU Dresden und des Fraunhofer FEP Grundlagen für ein Spektrometer auf Basis von Nano-Antennen. Das Spektrometer könnte durch seine winzige Größe perspektivisch in Mobiltelefone integriert werden. Dünnschicht-Herstellungsverfahren machen den Sensor zudem für den Massenmarkt erschwinglich.
Spektrometer im Miniaturformat sind vielseitig einsetzbar. Schnell lässt sich mit ihnen beispielsweise der Reife- und Frischegrad von Obst oder Fleisch im Supermarkt überprüfen: Einmal das Smartphone angehalten und schon kennt man den Zuckergehalt des Obstes. Zuhause könnte man in Zukunft berührungslos durch Analyse der Atemluft den Blutzuckerspiegel von Zuckerkranken ermitteln. Auf Flughäfen oder in anderen sicherheitsrelevanten Bereichen könnten Miniaturspektrometer vor giftigen Gasen oder Flüssigkeiten warnen.
Handelsübliche Spektrometer sind für den Einbau in Elektronikartikel wie Smartphones bislang zu groß und stoßen durch ihren prinzipiellen Aufbau an Grenzen der machbaren Miniaturisierung. Wissenschaftler des Institutes für Angewandte Photophysik (IAPP) der TU Dresden und des Fraunhofer-Institutes für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP setzen im BMBF-Projekt »nanoSPECS« zu einem Innovationssprung an. Mit einem völlig neuen Konzept, welches auf Nano-Antennen beruht, entwickeln die Forscher ein Mini-Spektrometer, das ohne bewegliche Teile auskommt, eine hohe Empfindlichkeit und Auflösung besitzt sowie das gesamte Spektrum von UV bis zum nahen Infrarotbereich detektieren kann.
Der Ansatz der Dresdner Forscher basiert auf Nano-Drähten, die wie kleine Antennen das eintreffende Signal verstärken und an den Detektor weiterleiten. Je nach Länge, Durchmesser, Material und gegenseitigem Abstand zueinander verstärken die Nano-Drähte das eintreffende Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge. Man kann nun ein Antennen-Array aus Nano-Drähten unterschiedlicher Abmessungen, das heißt mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, herstellen und somit ein breites elektromagnetisches Spektrum aufnehmen. Die Antennen wirken gleichzeitig als optischer Verstärker, Konzentrator und optisches Filter. Da die optisch-sensitive Antennen-Schicht mehrere Bauteile in einem vereint und direkt auf einem CCD/CMOS-Chip integriert werden soll, wird das Spektrometer extrem klein, kaum größer als der Chip, und findet damit in jedem Mobiltelefon Platz.
Das IAPP hat das Verfahren, Gold- oder Silber-Nanostäbchen kontrolliert in den Poren einer Aluminiumoxid-Matrix elektrochemisch aufwachsen zu lassen, bereits im Labormaßstab entwickelt und seine Variabilität und Funktionalität nachgewiesen. Hauptziel des im August 2013 begonnenen dreijährigen Projektes »nanoSPECS« ist die Aufskalierung und die Herstellung eines Gradienten-Antennen-Arrays auf 8“-Wafern. Eine der Herausforderungen besteht darin, eine Aluminiumschicht als Vorstufe für die Aluminiumoxid-Matrix besonders präzise, reproduzierbar und homogen in Schichtdicke und ihrer mikrokristallinen Struktur herzustellen. Das Fraunhofer FEP wird bei diesem Schritt sein langjähriges Know-how in der Präzisionsbeschichtung einbringen und mit dem Magnetron-Sputtern ein Dünnschichtverfahren zur Verfügung stellen, welches eine präzise und wirtschaftliche Herstellung des Mini-Spektrometers auch für den Massenmarkt ermöglicht.
Was auf dem Bild wie ein Fakirteppich aussieht, sind Gold-Nanoantennen von wenigen 100 nm Länge und 30 nm Durchmesser. Diese Winzlinge sind sensitiv auf das elektromagnetische Spektrum im sichtbaren Wellenlängenbereich und können durch Plasmonenresonanzen bestimmte Wellenlängen filtern, konzentrieren und verstärken. Sie bilden die Basis für die moderne optische Sensorik wie sie im Projekt nanoSPECS angegangen wird.
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Diese Produkte könnten Sie interessieren
NANOPHOX CS von Sympatec
Partikelgrößenanalyse im Nanobereich: Hohe Konzentrationen problemlos analysieren
Zuverlässige Ergebnisse ohne aufwändige Probenvorbereitung
ERASPEC von eralytics
Einfachste Kraftstoffanalyse in Sekunden mit ERASPEC
Bestimmung von bis zu 40 Kraftstoffparametern auf Knopfdruck
ALPHA II von Bruker
Chemische Analyse leicht gemacht: Kompaktes FT-IR-System
Steigern Sie die Effizienz Ihrer Routineanalysen mit benutzerfreundlicher Technologie
S4 T-STAR von Bruker
TXRF-Spektrometer: Sub-ppb Nachweisgrenzen & 24/7 Analytik
Minimale Betriebskosten, weil Gase, Medien oder Laborausrüstung entfallen
ZSX Primus IVi von Rigaku
Hochpräzise WDXRF-Analyse für industrielle Anwendungen
Maximale Empfindlichkeit und Durchsatz für leichte Elemente und komplexe Proben
ZEEnit von Analytik Jena
Zeeman-Technik mit maximaler Empfindlichkeit und Applikationsvielfalt
Quergeheizte Graphitrohrofen für optimale Atomisierungsbedingungen und hohen Probendurchsatz
PlasmaQuant MS Elite von Analytik Jena
Massenspektrometer für hochempfindliche Forschungsanwendungen und niedrigste Nachweisgrenzen
Die Erfolgsformel in der LC-ICP-MS – PlasmaQuant MS-Serie und PQ LC
NEX CG II von Applied Rigaku Technologies
Elementaranalyse auf ppb-Niveau für exakte Ergebnisse
S2 PICOFOX von Bruker
Schnelle und präzise Spurenelementanalyse unterwegs
TXRF-Technologie für minimale Proben und maximale Effizienz
INVENIO von Bruker
FT-IR Spektrometer der Zukunft: INVENIO
Völlig frei aufrüstbares und konfigurierbares FT-IR Spektrometer
Mikrospektrometer von Hamamatsu Photonics
Ultrakompaktes Mikrospektrometer für vielseitige Anwendungen
Präzise Raman-, UV/VIS- und NIR-Messungen in tragbaren Geräten
contrAA 800 von Analytik Jena
contrAA 800 Serie – Atomic Absorption. Redefined
Kombiniert das Beste der klassischen Atomabsorption mit den Vorteilen von ICP-OES-Spektrometern
novAA® 800 von Analytik Jena
Der Analysator für Sie - novAA 800-Serie
Das zuverlässige Multitalent für die effiziente und kostengünstige Routineanalyse
SPECORD PLUS von Analytik Jena
Die neue Generation der Zweistrahlphotometer von Analytik Jena
Der moderne Klassiker garantiert höchste Qualität
Micro-Z ULS von Rigaku
Schwefelgehalt in Kraftstoffen genau messen: WDXRF-Analysator
Zuverlässige Routineuntersuchungen mit 0,3 ppm Nachweisgrenze und kompaktem Design
Biacore catalogue von Cytiva
Einstieg in die Oberflächenplasmonenresonanz-Interaktionsanalyse - welches System ist das richtige für Sie?
Entdecken Sie einfachere und schnellere Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) mit Biacore-Systemen
BIOS ANALYTIQUE - Soluciones de Renting y Leasing para laboratorios von Bios Analytique
Ihr Spezialist für Vermietung und Leasing von Laborinstrumenten in Europa
Beim Finanzieren geht es nicht nur ums Geld verleihen - Es geht um Lösungen, die Wert schaffen
Quantaurus-QY von Hamamatsu Photonics
Hochgeschwindigkeits-UV/NIR-Photolumineszenz-Spektrometer
Präzise Quantenausbeute-Messungen in Millisekunden ohne Referenzstandards
SPECTRO ARCOS von SPECTRO Analytical Instruments
Optisches Emissions-Spektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) für höchste Ansprüche
Das SPECTRO ARCOS ICP-OES bietet Elementanalytik auf einem neuen Niveau
2060 Raman Analyzer von Metrohm
Selbstkalibrierendes Inline-Raman Spektrometer
Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase analysieren - für reproduzierbare, genaue Ergebnisse im Prozess
