Om geneesmiddelen van hoge kwaliteit te garanderen, fabrikanten moeten niet alleen de zuiverheid en concentratie van hun eigen producten controleren, maar ook die van hun leveranciers. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF hebben een meetsysteem ontwikkeld dat in staat is om op afstand en in realtime een grote verscheidenheid aan chemische en farmaceutische stoffen te identificeren. Het is perfect voor gebruik in de farmaceutische, chemische en voedingsindustrie.

Vooral voor farmaceutische en voedselproducties is een continue controle van ingrediënten onontbeerlijk. Gebruikelijk, dit zou gebeuren door middel van een bemonstering en een laboratoriumanalyse via chromatografie of spectrometers. Echter, een dergelijk proces is tijdrovend en laat alleen steekproeven toe. Bij Fraunhofer IAF, onderzoekers hebben een meetsysteem ontwikkeld dat in staat is tot realtime kwaliteitscontrole. Het identificeert zelfs de kleinste hoeveelheden stoffen op basis van hun moleculaire samenstelling.

Realtime metingen met kwantumcascadelasers

De kern van het systeem is een extreem snel afstembare kwantumcascadelaser (QCL) die werkt in het midden-infraroodbereik. Op basis van terugverstrooiingsspectroscopie, het lasersysteem maakt het niet alleen mogelijk om de kleinste hoeveelheden chemische stoffen in realtime te identificeren, maar ook om chemische reactieprocessen continu te controleren. "Ons meetsysteem maakt identificatie op afstand mogelijk van een grote verscheidenheid aan chemische en farmaceutische stoffen. Tijdrovende meetprocedures in laboratoria kunnen worden vervangen door realtime metingen tijdens lopende productieprocessen, " legt Dr. Marko Härtelt uit, onderzoeker bij Fraunhofer IAF.

Samen met zijn collega's hij werkt al enkele jaren aan de ontwikkeling van QCL's voor infraroodspectroscopie. Met de hulp van onderzoekers van Fraunhofer IPMS, hij heeft een compacte en robuuste laserbron ontwikkeld waarmee binnen een milliseconde het hele golflengtebereik van de QCL-emitter kan worden gescand. De basis voor deze "vingerafdruk"-methode is het midden-infraroodbereik (4-12 m). "Veel chemische verbindingen hebben een uniek absorptiegedrag in dit golflengtebereik, die zo uniek is als een menselijke vingerafdruk, " merkt Härtelt op. Het golflengtebereik maakt een duidelijke identificatie van de aard en samenstelling van moleculaire verbindingen mogelijk.

Extreem variabele scansnelheid

Quantum cascade lasers ontwikkeld door Fraunhofer IAF worden gekenmerkt door hun extreem variabele scansnelheid, hun compacte formaat en ook dat ze op grote schaal afstembaar zijn. De onderzoekers hebben een QCL ontwikkeld die kan worden afgestemd om te werken bij hoge scanfrequenties of in een quasi-statische modus over een breed golflengtebereik. Dit wordt bereikt door de combinatie van kwantumcascadelasers in een externe resonator met verschillende op MOEMS gebaseerde roosterscanners die werken als golfselectieve elementen. "De snelst spectraal afstembare resonante MOEMS-scanners maken het scannen van duizend complete IR-bereiken per seconde mogelijk. De hoge scansnelheid is essentieel voor toepassingen waarbij de omstandigheden snel veranderen, zoals de bewaking van chemische reactieprocessen of bewegende objecten, ’ zegt Hartelt.

Op QCL gebaseerde meetsystemen zijn zeer geschikt voor kwaliteitscontrole in verschillende industriële sectoren, dankzij hun vermogen om verschillende chemische stoffen op afstand en in realtime te identificeren. Gebruikt in de farmaceutische, chemische en voedingsindustrie geven de meetsystemen op elk moment tijdens het productieproces informatie over de authenticiteit en zuiverheid van stoffen. Verder, de kwantumcascadelasers kunnen worden gebruikt in de medische diagnostiek of in de beveiligingssector om gevaarlijke stoffen te testen. Aanvullend, het compacte ontwerp zorgt voor de ontwikkeling van mobiele, en zelfs in de hand, meetsystemen.