HELMHOLTZ extrem

Das kleinste Spektrometer

Das Mini-ESR-Spektrometer ermöglicht neue Messmethoden. Bild: B. Schlecker

Der Trend geht hin zum Kleinen: Seit Jahren sind Miniaturisierungen ein großes Thema, auch in der Elektronikbranche. Ein Spektrometer, das bislang ein Labor füllte, passt nun in einen Schuhkarton ...

Der Trend geht hin zum Kleinen: Seit Jahren sind Miniaturisierungen ein großes Thema, auch in der Elektronikbranche – kaum jemand kann sich noch vorstellen, an raumfüllenden Computern zu arbeiten. Dabei werden die Geräte nicht nur verkleinert, sondern zudem mit neuen Funktionen ausgestattet. Das ist Forschern am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) kürzlich gelungen: Sie haben mit Kollegen der Universität Stuttgart ein Elektronenspinresonanz(ESR)-Spektrometer entwickelt, das in einen Schuhkarton passt. Bislang brauchte man für den Betrieb der Geräte ein ganzes Labor.

Die ESR-Spektroskopie wird in der medizinischen Diagnostik und in der Materialforschung eingesetzt. So können Forscher beispielsweise die Konzentration von freien Radikalen, also hochreaktiven Molekülen, im Blut ermitteln und daran Zellalterungsprozesse studieren. Auch Solarzellen, Katalysatoren und Batterie-Elektroden lassen sich untersuchen. Konventionelle ESR-Spektrometer nutzen einen großen Elektromagneten. Die Forscher platzieren eine Probe im Gerät, regen sie mit Mikrowellen einer festen Frequenz an und variieren das Magnetfeld. Aus der Mangetfeldstärke, bei der die jeweilige Probe die Mikrowellenstrahlung absorbiert, lassen sich ihre chemischen und physischen Eigenschaften ableiten.

Die Forscher arbeiten bei ihrem Schuhkartongerät mit einem Dauermagneten in der Größe eines Hamburgers. Herzstück des Mini-ESR ist ein wenige Quadratmillimeter großer Mikrochip. Er variiert die Mikrowellenfrequenzen und arbeitet gleichzeitig als Sensor, der die Anregungen aus der Probe detektiert. Die neuartige Technik spart Platz – und sie ermöglicht neue Messmethoden. "Während man sonst die Probe in das Spektrometer legt, könnte man jetzt sogar den Mikrochip in die Probe hineinplatzieren, um beispielsweise Tumorzellen im Körper zu untersuchen", sagt der HZB-Forscher Klaus Lips. Das Interesse an der neuen Technologie sei groß. "Schon jetzt haben wir Angebote von führenden Herstellern, die an Lizenzen interessiert sind."

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16.04.2018 , Silvia Zerbe
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