DualSens
Optische Sensorik auf Basis dualer Emission (DualSens)
Wissenschaftliche Vorprojekte – Erkenne die Anfänge: Wer frühzeitig innovative Ideen testet, ist später ganz vorn dabei!
Grundlage technologischer Innovationen sind der Entdecker- und Erfindergeist des Menschen. Die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung erschließt der menschlichen Erkenntnis permanent vormals unbekannte und unverstandene Wirkungsweisen der Natur. Viele dieser naturwissenschaftlichen Erkenntnisse lassen sich für technische Zwecke nutzen. Mit der Förderinitiative „Wissenschaftliche Vorprojekte (WiVoPro)“ innerhalb des Förderprogramms „Photonik Forschung Deutschland“ verfolgt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Ziel, diejenigen neuen Erkenntnisse aufzugreifen, die mittelfristig eine Verwertbarkeit für neue Technologien versprechen. Beispiele hierfür sind die Quantenoptik oder photonische Metamaterialien, die gerade beginnen, der reinen Grundlagenforschung zu entwachsen und Potenziale für konkrete Anwendungen aufzeigen. Neue Ergebnisse der Grundlagenforschung sind hinsichtlich ihres späteren Marktpotenzials oft kaum zu beurteilen. Es besteht somit die Notwendigkeit, durch wissenschaftlich-technische Vorarbeiten eine Grundlage zu schaffen, die eine Bewertung ermöglicht, welches Potenzial in der neuen Erfindung bzw. der neuen wissenschaftlichen Erkenntnis tatsächlich steckt. Oft muss dabei schnell reagiert werden, denn je früher den interessierten Unternehmen die Bedeutung des neuen Themas plausibel gemacht werden kann, desto eher werden diese in das neue Thema investieren und versuchen ihre Marktchancen zu nutzen. Wissenschaftliche Vorprojekte leisten somit einen wichtigen Beitrag zu einem schnellen Transfer neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse in innovative Produkte.
Mit neuen Materialien zu innovativer Sensorik
Optischen Sensoren treten in unterschiedlichsten Formen und Anwendungen auf. Ihnen ist gemeinsam, dass Licht als Informationsträger genutzt wird. Eine Gruppe der optischen Sensoren bilden sogenannte Lumineszenzsensoren. Bei diesen Sensoren werden spezielle Materialien eingesetzt, die in Abhängigkeit einer äußeren Messgröße wie beispielsweise Sauerstoff ihre Emissionseigenschaften, wie die -intensität oder -lebensdauer, ändern. Für die Bestimmung der Lebensdauer sind allerdings relativ aufwändige Messverfahren nötig. Die Information aus der Emissionsintensität lässt sich hingegen nur durch eine anspruchsvolle Kalibrierung ermitteln oder indem das Messsignal mit Hilfe der Emission eines zusätzlichen Emitters referenziert wird.
Im Rahmen des Vorhabens wird ein neuer Ansatz verfolgt, der auf einer Änderung der Emissionsfarbe des Sensormaterials unter Einfluss von Sauerstoff beruht. Der große Vorteil dieser Strategie ist die Selbstreferenzierung der angestrebten Sensormoleküle, da dasselbe Molekül in zwei unterschiedlichen Farben abstrahlt. Dadurch ist eine einfache und schnelle Auswertung der Messgröße über ein sogenanntes ratiometrisches Verfahren möglich. Dabei werden zwei Emissionsbereiche ausgewertet und aus dem Verhältnis deren Intensitäten der Messwert abgeleitet. Mit Hilfe dieser neuartigen Sensormoleküle lässt sich über Farbkameras relativ einfach ein bildgebendes Verfahren umsetzen. Ziel des Projekts ist es, neue Emittermaterialien für ratiometrische Messungen darzustellen und zu testen, die vor allem für die Sauerstoffdetektion geeignet sind.
Breiter Einsatz des günstigen optischen Sauerstoffsensors
Die Anwendungsmöglichkeiten der vorgeschlagenen Technologie sind äußerst vielfältig. Ein enormer Vorteil ist zudem die prinzipielle Verdruckbarkeit der verwendeten Materialen. Auch deshalb hat das angestrebte Sensorkonzept ein sehr hohes wirtschaftliches Potential. Die Einsatzgebiete erstrecken sich von der Biotechnologie bis zur Verpackungsmittelindustrie, von der Analytik bis zur Energie- und Umwelttechnik. Insbesondere können Sauerstoffsensoren für die Gasanalyse hergestellt werden, die die derzeit millionenfach verwendeten elektrochemischen Sensoren ersetzen. Außerdem können die dual emittierenden Sensormaterialien direkt oder eingebettet in Mikropartikel in der Druckindustrie in Verpackungen eingearbeitet werden.
