On-Chip Absorptionsspektrometer
Kurzfassung
Dieses optofluidische On-Chip-Array mit organischen Lasern eignet sich ideal zur schnellen vor-Ort-Untersuchung von beliebigen Analyten, die selbst oder deren Produkte einer spezifischen Nachweisreaktion im Bereich des sichtbaren Spektrums (und nahen IR) absorbieren.
In Kombination mit einem bereits zuvor entwickelten Laminations- bzw. Abformungsverfahren entsteht hier die Möglichkeit, eine überaus kompakte Point-of-Care-Diagnostik einfach und kostengünstig sowie auf einer sehr robusten Basis anzubieten. Auch Anwendungsbereiche wie Lebensmittel- oder Umweltanalytik können profitieren.
Hintergrund
Bei der Verwendung von Spektrometern ist es für die exakte Bestimmung des absorbierten Lichtes essentiell, die Lichtintensität vor und hinter der zu untersuchenden Substanz zu kennen. Dafür werden im Allgemeinen Strahlteiler eingesetzt, die einen Teil des Lichtstrahles für eine Referenzmessung abzweigen.
Problemstellung
Durch die Verwendung von Filtern und Strahlteilern sind herkömmliche Spektrometer vergleichsweise groß und von komplexem Aufbau.
Lösung
Die hier vorgestellte Erfindung verwendet organische Laser in Verbindung mit mikrofluidischen Kanälen direkt On-Chip, um eine elegante Lösung für ein Spektrometer ohne Strahlteiler und Strahlführung zu realisieren. Durch die damit erreichte Reduzierung der verwendeten Bauteile wird das Spektrometer außerdem störungsunempfindlicher und handlicher.
Die Abbildung zeigt ein Array mit neun organischen Lasern (DFB-Laser), die jeweils in einem spezifischen Wellenlängenbereich Licht emittieren. Eine Flüssigkeit, die durch die darunter liegenden Mikrokanäle fließt, kann dementsprechend auf ihr Absorptionsverhalten bezüglich jeder der verwendeten Wellenlängen hin untersucht werden. Als Referenzsignal dient die zweite Abstrahlrichtung der Laser.
Das Analysesystem kann günstig für jede beliebige Wellenlänge des sichtbaren Lichts sowie im nahen Infrarot (NIR) realisiert werden, und dies bei einer spektralen Breite von nur 1 nm. Die Materialen, aus denen organische DFB-Laser und sonstige Strukturen bestehen, sind zudem ungiftig und können daher ohne Beschränkungen entsorgt werden.
Vorteile
- Universelles und robustes Basisgerät
- Wegwerfpatronen für spezifische Analyten
- Beliebige Wellenlängen im sichtbaren und NIR
- Mehrere Wellenlängen pro Kanal und Analyt
- Einfache und kostengünstige Herstellung
- Keine Filter und Strahlteiler notwendig
Anwendungsbereiche
Die optofluidische On-Chip Absorptionsspektroskopie besitzt vielfältigste Anwendungsgebiete, wie z. B. Produktüberwachung in der chemischen Industrie, Schadstoffdetektion in der Umweltanalytik oder medizinische Anwendungen. Vor allem in der Medizin bieten solche Systeme ideale Voraussetzungen für die Point-of-Care-Diagnostik, wie bspw. die Blutanalysen direkt im Krankenwagen.
Publikationen und Verweise
Sebastian Morain, Jörg Knyrim, Martin Reufer, Christian Karnutsch:
"Optically Pumped Organic Lasers for Microfluidic On-Chip Absorption Spectroscopy",
IEEE WORKSHOP| June, 8th -9th 2017, Mülheim an der Ruhr,
https://repositorium.hs-ruhrwest.de/frontdoor/deliver/index/docId/34/file/Abstractbook_Online_Version_2017_06_12.pdf#page=16
Passt wie angegossen: Laminationsverfahren für die Optofluidische On-Chip-Absorptionsspektroskopie
Link zu laborpraxis.vogel.de:
https://www.laborpraxis.vogel.de/laminationsverfahren-fuer-die-optofluidische-on-chip-absorptionsspektroskopie-a-874024/
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Link zu Youtube:
https://www.youtube.com/watch?time_continue=249&v=ZdLqMIyWgbo