Lék nebo padělek?

Představte si, že držíte v rukou dvě léky. Jedno z nich je padělek, druhé je originál. Obě jsou vizuálně identické. Dají se tyto dva přípravky přesto odlišit? Odpověď zní: Ano. Na Fraunhofer IAF pracují odborníci na kvantový kaskádový laser (QCL), který dokáže přesně identifikovat léky během zlomku sekundy.

Technologie za touto inovací je odrazová spektroskopie. Využívá skutečnosti, že každá chemická látka absorbuje individuální podíl infračerveného světla. »Ozařujeme-li látku odpovídajícím zdrojem světla, získáme charakteristickou odrazovou odezvu pro danou látku«, popisuje Dr. Ralf Ostendorf, vedoucí oddělení »Halogenové lasery« na Fraunhoferově institutu pro aplikovanou pevnolátkovou fyziku IAF ve Freiburgu. Obzvláště vhodná je oblast středního infračerveného spektra (MIR), která umožňuje jednoznačně identifikovat látky a substancie. Světlo má zde vlnovou délku od tří do 12 mikrometrů. Molekuly vykazují v tomto spektrálním rozsahu charakteristické absorpční chování, které může systém měření QCL výborně detekovat.

QCL lze během několika milisekund cíleně nastavit na jednotlivé absorpční linie v rámci velmi širokého spektrálního pásma, což znamená, že lze v nejkratším čase získat velké množství informací o absorpčním chování látky. »S pomocí vysoké spektrální brilance laseru a rychlé vlnové délky synchronizace je možné rychle dosáhnout velmi přesných závěrů – podobně jako u lidského otisku prstu«, vysvětluje Ostendorf. Vyvinutý QCL tak dokáže i v reálném čase detekovat i nejmenší množství určité látky, což představuje výrazné zlepšení oproti dosavadním systémům.

Mobilní měřicí systém pro inline kontrolu procesu

Přesné kvantové kaskádové lasery vyvíjejí vědci z Fraunhofer IAF společně s kolegy z Fraunhoferova institutu pro fotonické mikrosystémy IPMS v Drážďanech. Fraunhofer IAF pracuje na dalším vývoji laserových čipů, zatímco Fraunhofer IPMS je zodpovědný za miniaturizovanou optickou mřížku laseru. Otáčením této mřížky lze kontinuálně ladit vlnovou délku při »osvětlení« substancí.

V současnosti tým projektových výzkumníků připravuje lasery na použití v farmaceutickém průmyslu: V laboratoři již jejich metodou spolehlivě určili účinné látky běžných pilulek na bolest hlavy a horečku. V budoucnu má technologie sloužit k monitorování ve výrobě léků v reálném čase. Přímo ve výrobním procesu budou přípravky tříděny. »Lze nejen rychle odhalit chybné výrobky, ale také spolehlivě odhalit padělky léků. Nákladná a časově náročná ruční kontrola v laboratoři by se stala zbytečnou«, shrnuje Ostendorf přidanou hodnotu.

Kořeny této metody sahají do oblasti bezpečnostní techniky: V rámci projektu EU »CHEQUERS« například Fraunhofer IAF vyvíjí přenosný detektor založený na kvantových kaskádových laserech, který dokáže bezkontaktně z bezpečné vzdálenosti rozpoznat výbušné nebo toxické látky.

V současnosti hledají Freiburští vědci průmyslové partnery, aby dále rozvinuli svůj přístup. »Už proběhly první rozhovory. V dalším kroku chceme pomocí našeho senzoru také kvantifikovat jednotlivé látky ve směsi účinných látek«, načrtává Ostendorf budoucí výzvy.

Další informace o kvantovém kaskádovém laseru, jeho možnostech využití na Fraunhofer IAF a obecně v oblasti optoelektronických součástek naleznete na:

- Optoelektronické součástky na Fraunhofer IAF: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/forschung/optoelektronische-bauelemente.html
- Pilotní linka pro fotonické komponenty » MirPhab «: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/leistungsangebot/halbleiterlaser/mirphab.html
- Halogenové lasery na Fraunhofer IAF: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/leistungsangebot/halbleiterlaser.html

O Fraunhofer IAF ve Freiburgu

Fraunhoferův institut pro aplikovanou pevnolátkovou fyziku IAF patří mezi přední výzkumné instituce v oblasti spojovacích polovodičů. Na základě těchto polovodičů vyvíjí elektronické a optoelektronické součástky, stejně jako integrované obvody a systémy. V čisté místnosti o rozloze 1000 m² a dalších 3000 m² laboratoří je k dispozici epitaxní a technologické zařízení a měřicí technika pro realizaci vysokofrekvenčních obvodů pro komunikační techniku, napěťové měniče pro energetiku, infračervené a UV detektory pro bezpečnostní techniku a infračervené laserové systémy pro medicínskou techniku. Významné vývoje institutu zahrnují výkonné bílé LED pro osvětlení, energeticky efektivní výkonové zesilovače pro mobilní komunikaci a vysoce citlivé laserové analytické systémy pro monitorování kvality pitné vody.