Ziel der Entwicklung

Die Motivation für dieses Vorhaben bestand darin, dass miniaturisierte, hochauflösende, teilautomatisierbar herstellbare und preiswerte Elektronik- sowie Optikkomponenten für Fluorimeter bisher am Markt nicht verfügbar sind und dringend benötigt werden.
Zwei Beispiele für den Bedarf seien hier näher beschrieben:
Geschäftsbereiche weltweit tätiger Unternehmen werden durch die steigende Anzahl gefälschter Produkte gefährdet. Alleine durch plagiierte Produkte entstand der deutschen Maschinenbauindustrie schon im Jahr 2011 ein ökonomischer Schaden in Höhe von 7,9 Milliarden Euro. In den Folgejahren wird dieser Schaden noch höher eingeschätzt. Demzufolge ist die Nachfrage nach sicheren, einfach und breitgefächert anwendbaren Plagiatsschutzsystemen deutlich gestiegen [www.tailorlux.de].
Diese Anforderungen führen zu der Verwendung von anorganischen Lumineszenzpigmenten, welche nahezu in jedes Material eingebracht werden können. Diese anorganischen Lumineszenzpigmente werden mit Licht angeregt (Photolumineszenz) und es resultiert Phosphoreszenz bzw. Fluoreszenz.
Für die direkte Kennzeichnung von Produkten ist eine Vielzahl von Lumineszenzpigmenten verfügbar. Diese einzigartige Vielzahl an anorganischen Seltenerd-dotierten Sicherheitspigmenten bietet eine hohe Kombinationsvielfalt für optische Codes, welche sehr stabil gegenüber Umwelteinflüssen sind. Das System eignet sich unter anderem für Kunststoffe, Gummi- und Kautschukprodukte, Verbundwerkstoffe, Flüssigkeiten, Glas oder Keramik, wobei die Aufzählung nicht vollständig ist.
Zum zweiten Beispiel: CGM-Systeme (CGM = Continuous Glucose Monitoring) haben in der Diabetes-Behandlung einen großen Vorteil gegenüber etablierten Blutzuckermessgeräten. Sie geben nicht nur einen Blutzuckermesswert aus, sondern können durch 24-Stunden-Messung auch Trends erfassen und automatisch Warnungen bei Über- und Unterzucker ausgeben. Gegenwärtig auf dem Markt befindliche Messsysteme arbeiten mit einem elektrochemischen Messprinzip (abhängig vom Glukose-Gehalt wird ein geringer Strom erzeugt), weisen jedoch momentan noch zu hohe Messfehler auf, die sich negativ auf die zu verabreichende Medikamentendosis auswirken können. Außerdem sind sie durch hohe Verbrauchsmaterialkosten sehr teuer, weshalb CGM-Systeme derzeit nur in Ausnahmefällen von Krankenkassen erstattet werden.
Einige Firmen setzen hier mit einer neuen, auf einer optischen Messung basierenden Biosensortechnologie an. Dabei besteht die sensorische Aufgabe, die optische Leistung von Fluoreszenzsignalen zu messen. Der Biosensor ist an der Spitze einer dünnen Kunststofffaser angebracht, die wenige Millimeter in die Haut eindringt und das durch den Biosensor erzeugte optische Signal an das verbundene, auf der Haut befestigte Messgerät weiterleiten soll.
Unter dem Strich besteht also für beide Beispiele ein Bedarf an preiswerten, miniaturisierten und trotzdem hochauflösenden Fluoreszenzmessgeräten, die die optische Leistung von Fluoreszenzsignalen detektieren können. Die im Projektziel anvisierten Elektronik- und Optikkomponenten für neuartige miniaturisierte Fluorimeter können auch hier einen hervorragenden Beitrag liefern.

Vorteile und Lösungen

Am grundsätzlichen Prinzip der Messung der optischen Leistung von Fluoreszenz-Signalen wird im Lösungsansatz festgehalten. Dabei wird das über Filter (Cut-Off-Filter) spektral aufbereitete Anregungslicht auf einen um 45 Grad geneigten dichroitischen Langpassfilter in Form einer Platte geleitet. Das Anregungslicht wird zur Probe reflektiert. Dort entsteht das Fluoreszenzlicht, wobei ein Teil dieses Fluoreszenzlichtes zurück zum dichroitischen Langpassfilter geleitet wird und diesen in Transmission passiert.
Der spezielle Ansatz ergibt sich aus den Nachteilen für den oben beschriebenen Aufbau. Der Hauptnachteil besteht darin, dass die einzelnen Bauteile frei im Raum zueinander justiert werden müssen. Dieser Hauptnachteil wurde durch den Einsatz von dichroitischen Strahlteiler-Prismen behoben.
Durch den Einsatz derartiger Prismen können die notwendigen Filter oder auch eine Fasereinkoppellinse direkt auf die Prismen geklebt werden. Dadurch entfällt der Justierungsschritt für Position und Winkel zwischen den optischen Bauelementen. Bei entsprechend gleichen Kantenlängen kann auch die y-x-Justierung „auf Anschlag“ erfolgen. Ferner wird die Anordnung „freitragend“, das heißt auf die Verwendung einer Grundplatte oder eines Gehäuses kann verzichtet werden.
Insgesamt bedeutet dies, dass die Justierung in den Herstellungsprozess der entsprechenden Glasteile verlagert wird. Diese Glasteile können mit hoher Präzision mit modernen automatisierten Fertigungsmaschinen hergestellt werden.
Der prinzipielle Lösungsansatz bestand also darin, den Justageaufwand für die Optik und Optoelektronik so gering wie möglich zu halten. Dies führt zwangsläufig zu einer besseren Miniaturisierbarkeit und der Möglichkeit für die automatisierte Herstellbarkeit.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Zielgruppen und Zielmärkte liegen zum einen in der Medizintechnik, wobei eine besondere Bedeutung Anwendungen aus dem Bereich der Point-of-Care (PoC) Diagnostik zugerechnet werden kann. Auch die Fluoreszenzdiagnostik, vor allem in der Dermatologie und Urologie, kann von den Forschungsergebnissen profitieren. Weitere Anwendungen liegen in der Gewässerüberwachung (zum Beispiel Blaualgen-Messung) und in der Fälschungssicherheit durch anorganische Leuchtpigmente (Messtechnik zur Umsetzung).
Geschäftsbereiche weltweit tätiger Unternehmen werden durch die steigende Anzahl gefälschter Produkte gefährdet. Demzufolge ist die Nachfrage nach sicheren, einfach und breitgefächert anwendbaren Plagiatsschutzsystemen deutlich gestiegen. Diese Anforderungen führen zu der Verwendung von anorganischen Lumineszenzpigmenten, welche nahezu in jedes Material eingebracht werden können. Diese anorganischen Lumineszenzpigmente werden mit Licht angeregt (Photolumineszenz) und es resultiert Phosphoreszenz bzw. Fluoreszenz.
Für die direkte Kennzeichnung von Produkten ist eine Vielzahl von Lumineszenzpigmenten verfügbar. Diese einzigartige Vielzahl an anorganischen Seltenerd-dotierten Sicherheitspigmenten bietet eine hohe Kombinationsvielfalt für optische Codes, welche sehr stabil gegenüber Umwelteinflüssen sind. Das System eignet sich unter anderem für Kunststoffe, Gummi- und Kautschukprodukte, Verbundwerkstoffe, Flüssigkeiten, Glas oder Keramik, wobei die Aufzählung nicht vollständig ist.
Unter dem Strich besteht also ein Bedarf an preiswerten, miniaturisierten und trotzdem hoch auflösenden Fluoreszenzmessgeräten, die die optischen Codes detektieren können. Die im Projekt realisierten Elektronik- und Optikkomponenten für neuartige miniaturisierte Fluorimeter können hier einen hervorragenden Beitrag liefern.