Farmaco o plagio?

Immagina di avere due farmaci tra le mani. Uno dei due è un falso, l'altro è l'originale. Entrambi sono visivamente identici. È comunque possibile distinguerli? La risposta è: sì. Al Fraunhofer IAF, esperti stanno lavorando a un laser a cascata quantistica (QCL) che può identificare e verificare i farmaci in una frazione di secondo con precisione.

La tecnologia alla base dell'innovazione è la spettroscopia di risonanza di scattering. Essa sfrutta il fatto che ogni sostanza chimica assorbe una quota individuale di luce infrarossa. «Se irradiano una sostanza con una sorgente luminosa appropriata, otteniamo una riflessione caratteristica per la sostanza», spiega il Dr. Ralf Ostendorf, responsabile del settore «Laser a semiconduttore» presso l'Istituto Fraunhofer per la fisica dei solidi applicata IAF di Friburgo. È particolarmente adatto il campo dello spettro infrarosso medio (MIR), per identificare in modo inequivocabile sostanze e materiali. La luce in questa regione ha una lunghezza d'onda tra tre e 12 micrometri. Le molecole mostrano in questo intervallo uno specifico comportamento di assorbimento, che il sistema di misurazione QCL può rilevare eccellentemente.

Il QCL può essere regolato in pochi millisecondi per puntare a linee di assorbimento specifiche all’interno di un ampio spettro, il che significa che in breve tempo possono essere raccolte molte informazioni sul comportamento di assorbimento di una sostanza. «Grazie alla elevata brillantezza spettrale del laser e alla rapida regolazione della lunghezza d’onda, è possibile ottenere rapidamente conclusioni molto precise — simili a un'impronta digitale umana», spiega Ostendorf. Il QCL sviluppato riesce quindi a rilevare anche le quantità minime di una determinata sostanza in tempo reale, rappresentando un miglioramento significativo rispetto ai sistemi precedenti.

Un sistema di misurazione mobile per il controllo di processo inline

I ricercatori del Fraunhofer IAF, insieme a colleghi dell'Istituto Fraunhofer per i sistemi fotonici IPMS di Dresda, stanno sviluppando i laser quantistici a cascata. Il Fraunhofer IAF lavora allo sviluppo dei chip laser, mentre il Fraunhofer IPMS si occupa della griglia di diffrazione ottica miniaturizzata del laser. Ruotando questa griglia, è possibile regolare continuamente la lunghezza d’onda durante l’«illuminazione» delle sostanze.

Attualmente, il team di progetto sta preparando i laser per l’uso nel settore farmaceutico: in laboratorio, i ricercatori hanno già identificato in modo affidabile i principi attivi di pillole quotidiane per mal di testa e febbre con il loro metodo. In futuro, la tecnologia sarà utilizzata nel processo di produzione di massa di farmaci come controllo in tempo reale. I preparati potranno essere scartati già durante la produzione. «Non solo è possibile scartare rapidamente margini difettosi, ma anche individuare con affidabilità i falsi farmaci. Il controllo manuale costoso e laborioso diventerebbe obsoleto», riassume Ostendorf il valore aggiunto.

Le origini della tecnologia risalgono al campo della sicurezza: nel progetto UE «CHEQUERS», ad esempio, il Fraunhofer IAF sta sviluppando un rilevatore portatile basato su laser a cascata quantistica, in grado di riconoscere sostanze esplosive o tossiche senza contatto e da una distanza sicura.

Attualmente, i ricercatori di Friburgo cercano partner industriali per sviluppare ulteriormente il loro approccio. «Sono già stati avviati i primi colloqui. Nel prossimo passo, vogliamo anche quantificare singole sostanze in una miscela di principi attivi», delinea Ostendorf le sfide future.

Per ulteriori informazioni sul laser a cascata quantistica, le sue possibilità di impiego presso il Fraunhofer IAF e in generale sul settore dei componenti optoelettronici, visitare:

- Componenti optoelettronici presso il Fraunhofer IAF: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/forschung/optoelektronische-bauelemente.html
- Linea pilota per componenti fotonici » MirPhab «: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/leistungsangebot/halbleiterlaser/mirphab.html
- Laser a semiconduttore presso il Fraunhofer IAF: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/leistungsangebot/halbleiterlaser.html

Informazioni sul Fraunhofer IAF di Friburgo

L’Istituto Fraunhofer per la fisica dei solidi applicata IAF è tra le principali strutture di ricerca nel campo dei semiconduttori a collegamento. Sviluppa dispositivi elettronici e optoelettronici, nonché circuiti e sistemi integrati basati su questi semiconduttori. In una camera bianca di 1000 m² e in ulteriori 3000 m² di laboratori, sono disponibili impianti di epitassia e tecnologia, oltre a tecniche di misurazione, per realizzare circuiti ad alta frequenza per le telecomunicazioni, moduli di conversione di tensione per l’energia, rivelatori infrarossi e UV per la sicurezza, e sistemi laser infrarossi per il settore medico. Tra le innovazioni più importanti dell’istituto ci sono LED bianchi ad alta luminosità per l’illuminazione, amplificatori di potenza efficienti dal punto di vista energetico per le comunicazioni mobili e sistemi di analisi laser altamente sensibili per il monitoraggio della qualità dell’acqua potabile.