Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IISnanoSPECTRAL-Chip: Ein kostengünstiges Spektrometer im Miniaturformat
Erlangen: Das Spektrometer im Chipformat basiert auf der nanoSPECTRAL-Technologie des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Der nanoSPECTRAL-Chip bietet eine innovative Lösung für spektrale Analysen und ermöglicht es, das optische Spektrum von unterschiedlichsten Objekten schnell und präzise zu messen – sowohl in Transmission als auch in Reflexion. Das ist neu: Die Technologie ist kompakt, erschwinglich und lässt sich somit mühelos in bestehende Systeme integrieren. Damit eröffnen sich neue Einsatzmöglichkeiten – von der Landwirtschaft über die Lebensmittelindustrie bis hin zu medizinischen Anwendungen. Der nanoSPECTRAL-Chip wird vom 12. bis 15. November 2024 auf der electronica in München präsentiert.
Hersteller von optischen Sensormodulen stehen oft vor der Herausforderung, präzise spektrale Messungen realisieren zu müssen, ohne die Kosten in die Höhe zu treiben. Aktuell verfügbare optische Spektrometer stellen an diesem Punkt ein Hindernis dar: Sie sind zwar sehr leistungsfähig, aber teuer und sperrig. Das beschränkt ihre Einsatzmöglichkeiten, besonders in Anwendungen, bei denen nur ein geringer Bauraum zur Verfügung steht.
Hier setzt der nanoSPECTRAL-Chip an: Er reduziert das gesamte Spektrometer – d.h. sämtliche Komponenten wie die optischen Filter und Detektoren, die Signalverarbeitung und Schnittstellen – auf die Größe eines Chips von 2,3 mm x 3,4 mm. Fraunhofer-Forschenden ist es mit ihrer nanoSPECTRAL-Technologie gelungen, optische Filter direkt im CMOS-Halbleiterprozess zu fertigen und damit in einen Chip zu integrieren. Das Besondere daran ist, dass die Produktionskosten unabhängig von der Anzahl der spektralen Kanäle konstant niedrig bleiben. So ist es erstmals möglich, hochwertige spektrale Messungen nicht nur besonders platzeffizient, sondern ebenso zu einem Bruchteil der bisherigen Kosten durchzuführen.
Mehr als nur ein Farbsensor
Das Chip-Size-Spektrometer zeichnet sich durch seine hohe Temperaturbeständigkeit und eine breite Abdeckung des Wellenlängenspektrums von 400 bis 1000 nm aus. Mit einer Filtertransmission von bis zu 40 % und der Verarbeitung von 270 spektralen sowie 30 Polarisations-Kanälen, bietet es einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil und ist eine leistungsstarke Lösung für alle, die auf präzise spektrale Messungen in verschiedensten Umgebungen und Anwendungen angewiesen sind. Ein Beispiel ist der Einsatz bei der Flüssigkeitsanalyse: Analysiert der nanoSPECTRAL-Chip Reagenzien für die Messung von pH-Werten, identifiziert er über das vollständige Spektrum chemische Veränderungen genauer als herkömmliche RGB-Sensoren. Diese detektieren meist nur deutliche Farbunterschiede.
Vielseitig und anpassbar
Durch die einfache Integration ist der miniaturisierte, hochintegrierte und kostengünstige nanoSPECTRAL-Chip vielseitig einsetzbar. So ist er beispielsweise ideal für die Lebensmittelanalyse: Ein Landwirt oder eine Endverbraucherin könnte ihn einsetzen, um die Frische oder den Reifegrad von Früchten zu überprüfen. Auch in der Medizintechnik, etwa am Point of Care, ist der Chip für eine schnelle und zuverlässige Analyse von Teststreifen geeignet. Die Kosmetikbranche könnte den Chip nutzen, um Hautfeuchtigkeit oder Glanz nach der Verwendung von Pflegeprodukten zu messen.
Verfügbarkeit und individuelle Lösungen
Für Unternehmen, die das Chip-Size-Spektrometer nanoSPECTRAL in ihren Produkten testen möchten, etwa Hersteller von optischen Sensormodulen oder Unternehmen in der Analytik, sind ab sofort Samples und Evaluierungskits auf Anfrage erhältlich. So können Entwickler und Entwicklerinnen die Integration des Chips in ihre Systeme frühzeitig prüfen. Auch kundenspezifische Anpassungen sind möglich. Damit erhalten Unternehmen eine maßgeschneiderte Lösung, die auf ihre technischen und wirtschaftlichen Bedürfnisse abgestimmt ist – für die Entwicklung innovativer Produkte und analytischer Systeme.
Vom 12. bis 15. November 2024 wird der nanoSPECTRAL-Chip auf der electronica in Halle B4, Stand 141 in München präsentiert.