För att garantera högkvalitativa läkemedel, Tillverkarna behöver inte bara kontrollera renheten och koncentrationen av sina egna produkter, men också deras leverantörers. Forskare vid Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF har utvecklat ett mätsystem som kan identifiera en mängd olika kemiska och farmaceutiska ämnen på distans och i realtid. Det är perfekt för användning i läkemedel, kemi- och livsmedelsindustrin.

Speciellt för läkemedels- och livsmedelsproduktioner är en kontinuerlig kontroll av ingredienserna oumbärlig. Vanligtvis, detta skulle göras genom en provtagning och en laboratorieanalys via kromatografi eller spektrometrar. Dock, en sådan process är tidskrävande och tillåter endast punktkontroller. På Fraunhofer IAF, forskare har utvecklat ett mätsystem som kan kvalitetskontrolleras i realtid. Den identifierar även de minsta mängder ämnen baserat på deras molekylära sammansättning.

Mätningar i realtid med kvantkaskadlasrar

Kärnan i systemet är en extremt snabb avstämbar kvantkaskadlaser (QCL) som arbetar i det mellaninfraröda området. Baserat på backscattering spektroskopi, lasersystemet tillåter inte bara att identifiera de minsta mängder kemiska ämnen i realtid, men också att kontinuerligt kontrollera kemiska reaktionsprocesser. "Vårt mätsystem möjliggör fjärridentifiering av en mängd olika kemiska och farmaceutiska substanser. Tidskrävande mätprocedurer i laboratorier kan ersättas av realtidsmätningar under pågående produktionsprocesser, "förklarar doktor Marko Härtelt, forskare vid Fraunhofer IAF.

Tillsammans med sina kollegor, han har arbetat med utvecklingen av QCL för infraröd spektroskopi i flera år nu. Med hjälp av forskare från Fraunhofer IPMS, han har utvecklat en kompakt och robust laserkälla med vilken QCL-sändarens hela våglängdsområde kan skannas inom en millisekund. Grunden för denna "fingeravtrycks"-metod är det mellaninfraröda området (4-12 μm). "Många kemiska föreningar har ett unikt absorptionsbeteende i detta våglängdsområde, som är lika unikt som ett mänskligt fingeravtryck, "kommenterar Härtelt. Våglängdsområdet möjliggör en tydlig identifiering av molekylära föreningars art och sammansättning.

Extremt varierande skanningshastighet

Kvantkaskadlasrar utvecklade av Fraunhofer IAF kännetecknas av sin extremt varierande skanningshastighet, deras kompakta storlek och att de är allmänt justerbara. Forskarna har utvecklat en QCL som kan ställas in för att fungera vid höga skanningsfrekvenser eller i ett kvasi-statiskt läge över ett brett våglängdsområde. Detta uppnås genom kombinationen av kvantkaskadlasrar i en extern resonator med olika MOEMS-baserade gitterskannrar som fungerar som vågselektiva element. "De snabbaste spektralt avstämbara resonans-MOEMS-skannrarna tillåter avsökning av tusen kompletta IR-områden per sekund. Den höga skanningshastigheten är avgörande för applikationer där förhållandena ändras snabbt, t.ex. övervakning av kemiska reaktionsprocesser eller rörliga föremål, säger Härtelt.

QCL -baserade mätsystem är väl lämpade för kvalitetskontroll inom en mängd olika industrisektorer, tack vare deras förmåga att identifiera olika kemiska ämnen på distans och i realtid. Används i läkemedlet, kemisk och livsmedelsindustri mätsystemen ger information om ämnens äkthet och renhet vid en given tidpunkt under produktionsprocessen. Vidare, kvantkaskadlasrarna kan användas inom medicinsk diagnostik eller inom säkerhetssektorn för att testa farliga ämnen. Dessutom, den kompakta designen möjliggör utveckling av mobila, och till och med handhållen, mätsystem.