Ziel der Entwicklung
Am Markt sind preiswerte, smarte, hochminiaturisierte sowie hochauflösende Elektronik- und Optikkomponenten für Fluorimeter mit einer sehr kleinen Nachweisgrenze nicht verfügbar.
Präferiert werden Anwendungen in Messgeräten für die Fälschungssicherheit durch anorganische Leuchtpigmente, In-line Analyse von Kraftstoffen beim Betanken, Point-of-Care Diagnostik und Umweltsensorik oder dem kontinuierlichen Monitoring des Blutzuckerspiegels.
Vorteile und Lösungen
In einem ersten Schritt wurden kleine Fotodioden mit einer ganz speziellen Antireflexschicht entwickelt und hergestellt.
In einem zweiten Schritt wurden neuartige dichroitische Strahlteilerwürfel aus Quarzglas mit einer Kantenlänge von drei Millimeter entwickelt. Mittels Beschichtungstechnik PARMS (Plasma assisted reactive magnetron sputtering) erhielt die diagonal teilende Fläche der Würfel ein neuartiges dichroitisches Schichtsystem aus SiO2, Nb2O5 und ein Mischmaterial (SixNbyOz). Damit wurde der Einfallswinkel von 45 Grad realisiert.
Im dritten Schritt wurden spezielle Bandpässe entwickelt und hergestellt. Die anfangs zur Verfügung stehenden Filter mit Bandpass-Funktion zeigen bei schrägem Lichteinfall eine deutliche Verschiebung des Filterbandes in einen kürzerwelligen Wellenlängenbereich. Folglich kann gestreutes Anregungslicht, welches dann mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf den Filter auftrifft, den Filter doch noch passieren. Ein neuartiges Design der Schichtsysteme verbesserte die Filterfunktion.
In weiteren Verlauf wurden zwei verschiedene Arten von richtungsselektiven Filtern designt und hergestellt. Die Filter sind für Anwendungen im sichtbaren Spektralbereich geeignet. Sie weisen für die Einfallswinkel von 10° bis 23° (für Glas bzw. indexangepasster Optikkleber als umgebendes Medium) eine möglichst geringe Transmission auf. Die Transmission bei null Grad soll dabei so groß wie möglich sein.
Nach der Entwicklung und Herstellung der miniaturisierten Elektronikkomponenten wurde eine neuartige teilautomatisierte Herstellungstechnologie für die SmartFLU-Module entworfen.
Umfangreiche Messungen an einem fluorometrischen Sensorsystem für die Erfassung der Konzentration von Glukose in wässrigen Lösungen (hier mit einem äquivalenten Fluoreszenzstandard) bestätigten erfolgreich die Funktion der entwickelten und aufgebauten Labormuster von SmartFLU-Modulen.
Zielgruppe und Zielmarkt
In der Medizitechnik ergeben sich vielfältige Einsatzgebiete. Hervorzuheben ist hier der Bereich der Point-of-Care (PoC) Diagnostik. Vor allen in der Dermatologie und Urologie kann die Fluoreszenzdiagnostik von den Entwicklungsergebnissen profitieren. Weitere Anwendungen liegen in der Gewässerüberwachung (zum Beispiel Blaualgen-Messung) sowie in der Fälschungssicherheit durch anorganische Leuchtpigmente (Messtechnik zur Umsetzung).
Weltweit werden Unternehmen durch die steigende Anzahl gefälschter Produkte gefährdet. Die Nachfrage nach sicheren, einfach und breitgefächert anwendbaren Plagiatsschutzsystemen steigt immens. Diesen Anforderungen entsprechen anorganische Lumineszenzpigmente, welche nahezu in jedes Material eingebracht werden können. Diese Lumineszenzpigmente werden mit Licht angeregt, fluoreszieren und bilden einen spektroskopischen Fingerabdruck.
Für die eindeutige Kennzeichnung von Produkten ist eine Vielzahl von Lumineszenzpigmenten verfügbar. Anorganische Selten-Erd-dotierte Sicherheitspigmente bietet eine hohe Kombinationsvielfalt für optische Codes, welche sehr stabil gegenüber Umwelteinflüssen sind. Sie eigenen sich unter anderem für Kunststoffe, Gummi- und Kautschukprodukte, Verbundwerkstoffe, Flüssigkeiten, Glas oder Keramik, wobei die Aufzählung nicht vollständig ist.
Die im Projekt realisierten Elektronik- und Optikkomponenten für neuartige smarte und hoch miniaturisierte Fluorimeter liefern einen hervorragenden Beitrag zur Detektion optischer Codes.
