02 Mai Vielfalt in präziser Mikrosensorik
Zukunftsweisende Technologien entwickeln und zur Anwendung bringen – unter diesem Motto präsentiert das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS auf der diesjährigen Sensor+Test seine Neuentwicklungen in der optischen, chemischen sowie der Ultraschallsensorik.
Optische Sensoren
Messebesucher können sich beim IPMS über kompakte und ultrakompakte Nahinfrarot-Spektralanalysesysteme (NIR) informieren. Zudem stellt das Institut einen Demonstrator vor, welcher mithilfe von Spektralanalyse die Zusammensetzung von Textilien erkennt. Die Technologie soll es beispielsweise ermöglichen, Materialien beim Einkauf zu identifizieren, in der Pflege den Reinigungsbedarf anhand der Analyse von Schmutzpartikel zu erkennen sowie anhand von Farbe und Materialien ein geeignetes Waschprogramm zu ermitteln. Weitere Anwendungsbereiche der IPMS-Spektralanalysesysteme sind die Frischeprüfung von Lebensmitteln, sortenreine Trennung von Plastikgegenständen beim Recycling oder die Bestimmung von Art und Konzentration der Ausgangsstoffe in der Pharmazie.
Chemische Sensoren
Hier gibt es beim IPMS einen elektrochemischen Analytikchip zu sehen, welcher mit seinen Mikroelektroden aus Gold, Silber oder Platin elektrochemische Analyseverfahren mit kleinsten Analytmengen ermöglicht. Anwendungsbeispiele sind die Materialentwicklung von organischen Halbleitern oder die Offline-Reaktionskontrolle sowie die elektrochemische Analytik von Körperflüssigkeiten.
Mikroskopbilder von elektrochemischen Analytikchips mit Arbeitselektrode (WE), Gegenelektrode (CE) und Referenzelektrode (RE). Die Chips messen je 5 mm x 5 mm
Zur Detektion von Ionen, Ionenleitfähigkeit und Temperatur in wässrigen Lösungen entwickelt das Institut ionensensitive Feldeffekttransistor-basierte Sensoren und eine anschlussfähige Integrationstechnologie. Damit wird etwa eine pH-Wert-Messung ohne konventionelle Bezugselektrode möglich, die auf einem Chip inklusive Leitfähigkeits- und Temperatursensor realisiert werden kann. Der Chip ist trocken lagerbar und kann in eine CMOS-Umgebung integriert werden.
Am IPMS arbeitet man zudem an der Weiterentwicklung eines Ionenmobilitätsspektrometers (IMS), das künftig für den portablen und schnellen Nachweis von relevanten Gasen Verwendung finden soll. Die Technologie ermöglicht den Nachweis von ionisierbaren Analyten im ppm- und ppb-Konzentrationsbereich direkt in der Luft und soll insbesondere in der Umwelt-, Lebensmittel- sowie biomedizinischen Analytik Anwendung finden. Die nachweisbaren Substanzen stammen zum Beispiel aus der Gruppe der volatilen organischen Komponenten (VOCs) wie Aceton oder Toluol, die unter anderem bei der Marker-Erkennung oder dem Schadstoffnachweis von Bedeutung sind. Für diese Spurengasanalytik wurde vom Fraunhofer IPMS eine modulartige Komponente entwickelt, die mit Kunden und Kooperationspartnern für anwendungsspezifische Produktentwicklungen genutzt werden kann.
Schematischer Aufbau eine elektrochemischen Analytikchips, der in den rechts dargestellten Messadapter eingelegt und kontaktiert werden kann
Ultraschallsensorik
Im Bereich der Ultraschallsensorik entwickelt das Fraunhofer IPMS sogenannte CMUTs, Capacitive Micromachined Ultrasound Transducers, die Schwingungsfrequenzen bis in den unteren Megahertzbereich erzeugen können. Anwendungsgebiete finden sich in der Predictive Maintenance in Verbindung mit Edge-KI, in der Gestenerkennung und -steuerung von Anlagen sowie in der Abstandsdetektion als Alternative zu optischen oder Radarsystemen. Dabei werden Änderungen der Entfernung von der Hand zu den Sensoren über die Zeit gemessen.
Auch in der Medizintechnik finden CMUTs Anwendung. Das Fraunhofer IPMS präsentiert dafür den Demonstrator eines Spirometers. Das System zur Analyse der Lungenfunktion ist Teil einer KI-gesteuerten, dezentralen Patientenüberwachung. Die fortschrittliche CMUT-Ultraschallsensorik soll dabei einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung eines mobilen und leistungsfähigen Spirometers leisten.
Sensor + Test: 1-317
Quelle und Bild: www.ipms.fraunhofer.de
