¿Medicamento o plagio?

Imagine que tiene dos medicamentos en las manos. Uno de ellos es una falsificación, y el otro es el original. Ambos son visualmente idénticos. ¿Se pueden distinguir aún así los dos preparados? La respuesta es: sí. En el Fraunhofer IAF, expertos trabajan en un láser de cascada cuántica (QCL) que puede identificar y detectar medicamentos con precisión en una fracción de segundo.

La tecnología detrás de la innovación es la espectroscopía de dispersión. Aprovecha que cada sustancia química absorbe una cantidad individual de luz infrarroja. «Al iluminar una sustancia con una fuente de luz adecuada, obtenemos una dispersión característica del material», explica el Dr. Ralf Ostendorf, jefe del área «Láseres de semiconductores» en el Instituto Fraunhofer para Física de Sólidos Aplicada IAF en Freiburg. La región del espectro infrarrojo medio (MIR) es especialmente adecuada para identificar sustancias y compuestos sin duda alguna. La luz en esta región tiene una longitud de onda de entre tres y 12 micrómetros. Las moléculas muestran en este rango espectral un comportamiento de absorción característico, que el sistema de medición QCL puede detectar de manera excelente.

El QCL puede ajustarse en pocos milisegundos a líneas de absorción individuales dentro de un amplio rango espectral, lo que significa que en muy poco tiempo se pueden determinar muchas informaciones sobre el comportamiento de absorción de una sustancia. «Con la alta brillantez espectral del láser y la rápida sintonización de longitud de onda, es posible obtener conclusiones muy precisas rápidamente — similar a una huella dactilar humana», explica Ostendorf. El QCL desarrollado logra detectar incluso pequeñas cantidades de una sustancia específica en tiempo real, lo que representa una mejora significativa en comparación con los sistemas anteriores.

Un sistema móvil de medición para el control de proceso en línea

Los investigadores del Fraunhofer IAF desarrollan en conjunto con colegas del Instituto Fraunhofer para Sistemas Fotónicos Microestructurados IPMS en Dresde, los láseres cuánticos en miniatura. El Fraunhofer IAF trabaja en el perfeccionamiento de los chips láser, mientras que el Fraunhofer IPMS es responsable de la rejilla de difracción óptica miniaturizada del láser. Al girar esta rejilla, se puede ajustar continuamente la longitud de onda durante la «iluminación» de las sustancias.

Actualmente, el equipo del proyecto está preparando los láseres para su uso en la industria farmacéutica: en el laboratorio, los investigadores ya han determinado de forma fiable los ingredientes activos de pastillas comunes para dolores de cabeza y fiebre con su método. En el futuro, la tecnología se utilizará en la producción en masa de medicamentos como control en tiempo real. Incluso durante el proceso de producción, los preparados podrán ser descartados. «No solo se pueden eliminar rápidamente los márgenes defectuosos, sino que también se pueden detectar de manera fiable las falsificaciones de medicamentos. La costosa y laboriosa inspección manual en el laboratorio sería obsoleta», resume Ostendorf el valor añadido.

Los orígenes del método se encuentran en el campo de la seguridad: en el proyecto de la UE «CHEQUERS», por ejemplo, el Fraunhofer IAF desarrolla un detector portátil basado en láseres de cascada cuántica que puede detectar sustancias explosivas o tóxicas sin contacto y a distancia segura.

Actualmente, los investigadores de Freiburg buscan socios industriales para seguir desarrollando su enfoque. «Ya se han realizado las primeras conversaciones. En el siguiente paso, queremos cuantificar también sustancias individuales en una mezcla de ingredientes activos», describe Ostendorf los desafíos futuros.

Para más información sobre el láser de cascada cuántica, sus posibles aplicaciones en el Fraunhofer IAF y en general sobre el campo de los componentes optoelectrónicos, puede visitar:

- Componentes optoelectrónicos en el Fraunhofer IAF: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/forschung/optoelektronische-bauelemente.html
- Línea piloto para componentes fotónicos «MirPhab»: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/leistungsangebot/halbleiterlaser/mirphab.html
- Láseres de semiconductores en el Fraunhofer IAF: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/leistungsangebot/halbleiterlaser.html

Sobre el Fraunhofer IAF en Freiburg

El Instituto Fraunhofer para Física de Sólidos Aplicada IAF es una de las principales instituciones de investigación en el campo de los semiconductores compuestos. Basándose en estos semiconductores, desarrolla componentes electrónicos y optoelectrónicos, así como circuitos y sistemas integrados. En una sala limpia de 1000 m² y en otras 3000 m² de laboratorios, dispone de instalaciones de epitaxia y tecnología, así como técnicas de medición, para realizar circuitos de alta frecuencia para telecomunicaciones, módulos convertidores de voltaje para energías renovables, detectores infrarrojos y UV para seguridad, y sistemas láser infrarrojos para medicina. Los desarrollos más importantes del instituto incluyen diodos emisores de luz blanca de alta intensidad para iluminación, amplificadores de potencia eficientes para comunicaciones móviles y sistemas láser de análisis altamente sensibles para supervisar la calidad del agua potable.