Luftverschmutzung checken? Dieser Chip macht Handys noch vielseitiger

Forscher bauen Miniatur-Spektrometer fürs Smartphone

Lebensmittel, Luft- und Wasserqualität mit dem Handy prüfen: Wie es ein neuer Mini-Spektrometer-Chip möglich macht.

Mini-Spektrometer: Messaufbau im Labor
Mini-Spektrometer für Handys: Messaufbau im Labor (Bild: Fraunhofer ENAS)

Ist das günstige Medikament aus dem Internet echt oder eine unwirksame Fälschung? Sind Schadstoffe in der Luft oder in der Nahrung? Wie reif ist ein Lebensmittel? Fragen wie diese lassen sich mit einem Spektrometer-Chip klären, den Forschende am Fraunhofer-Instituts für Elektronische Nanosysteme (ENAS) als Handy-Bauteil entwickeln.

Spektrometer senden Lichtstrahlen im Infrarotbereich aus. Das Licht verschiedener Wellenlängen wird dann mittels eines durchstimmbaren Filters zerlegt und mittels integrierter Wellenleiter zu einem Detektor geführt. Eine gefälschte Tablette mit veränderter Zusammensetzung hat also ein anderes Spektrum als das Originalmedikament.

Leichtgewicht und günstige Herstellungskosten

Bisher wogen Infrarot-Spektrometer einige Kilogramm, die Kosten liegen bei einigen Tausend Euro. „Unser Infrarot-Spektrometer wiegt nur etwa ein Gramm und soll perspektivisch nicht mehr kosten als einen Euro“, erklärt Dr. Alexander Weiß stolz, der Abteilungsleiter am Fraunhofer ENAS. „Damit ließe es sich beispielsweise in Smartphones integrieren.“

Die Forschenden haben sich auch überlegt, wie Laien das Spektrometer in ihrem Smartphone simpel und problemlos benutzen können und klare Auswertungen bekommen: Eine App und intelligente, lernende Algorithmen.

Einfache Bedienung per App

Der Anwender startet das Spektrometer über eine spezielle App, hält es zum Beispiel über eine Tablette und bekommt eine Anleitung, wie die Messung korrekt durchgeführt wird. Das Spektrometer erstellt automatisch das Spektrum, und die Software vergleicht es mit Vergleichsspektren, die durch Fachpersonal in einer Datenbank hinterlegt wurden.

„Setzt eine große Menge von Menschen die Technologie ein, lernt das System schnell dazu“, sagt Forscher Weiß. Je mehr Nutzer das System verwenden, desto größer werden die Vergleichsmöglichkeiten. Dem Nutzer wird nur das Ergebnis angezeigt, beispielsweise „Originalmedikament“.

Forscher: Massenfertigung möglich

Die Herstellungskosten des Spektrometers konnten die Forscher extrem schlank halten: „Wir haben das Spektrometer so entworfen, dass es sich über die herkömmlichen Technologien der Mikrosystemtechnik in Massenfertigung kostengünstig produzieren lässt. Hersteller können direkt auf die Prozesse setzen, die bei den großen Fabrikationslinien, kurz FABs, Standard sind“, erklärt Dr. Alexander Weiß vom Fraunhofer ENAS.

„Unser Spektrometer ist für allerhand Einsatzbereiche interessant“, betont Weiß: „Etwa um Nahrungs- und Futtermittel hinsichtlich des Reifgrades oder mikrobielle Zersetzungen zu beurteilen, die Luftqualität in Innenräumen und Fahrzeugen zur gesteuerten Klimatisierung zu messen oder auch Schadstoffe in Luft, Wasser oder Nahrung zu detektieren.“

Erste Spektrometer-Chips haben die Fraunhofer-Experten bereits hergestellt, nun gehen sie mit den Forschungen ins Detail. Laufen diese Untersuchungen wie erhofft, könnte das Spektrometer etwa 2023 den Weg in den Massenmarkt finden.

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