Medicatie of plagiaat?

Stel je voor dat je twee medicijnen in handen hebt. Eén van beide is een namaak, de andere is het origineel. Beide zien er optisch identiek uit. Kunnen de twee preparaten toch van elkaar worden onderscheiden? Het antwoord is: ja. Bij het Fraunhofer IAF werken experts aan een kwantumcascade-laser (QCL), die medicijnen in een fractie van een seconde nauwkeurig kan identificeren en aantonen.

De technologie achter de innovatie is de röntgenbackscatterspectroscopie. Deze maakt gebruik van het feit dat elke chemische stof een unieke hoeveelheid infraroodlicht absorbeert. »Door een stof te bestraal met een bijpassende lichtbron, krijgen we een karakteristieke terugstraal voor de stof«, legt Dr. Ralf Ostendorf uit, hoofd van de afdeling »Halfgeleiderlasers« aan het Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg. Vooral het midden-infraroodspectrum (MIR) is zeer geschikt om stoffen en substanties onmiskenbaar te identificeren. Het licht in dit bereik heeft een golflengte van drie tot 12 micrometer. Moleculen vertonen in dit spectrale gebied een karakteristiek absorptiegedrag, dat het QCL-meting systeem uitstekend kan detecteren.

De QCL kan binnen enkele milliseconden gericht worden op individuele absorptielijnen binnen een zeer breed spectraalband, wat betekent dat in korte tijd veel informatie over het absorptiegedrag van een stof kan worden verkregen. »Met behulp van de hoge spectrale briljantheid van de laser en de snelle golflengte-afstemming kunnen snel zeer nauwkeurige conclusies worden getrokken – vergelijkbaar met een menselijke vingerafdruk«, legt Ostendorf uit. De ontwikkelde QCL slaagt er dus in om zelfs kleinste hoeveelheden van een bepaalde stof in realtime te detecteren, wat een duidelijke verbetering betekent ten opzichte van eerdere systemen.

Een mobiel meetsysteem voor inline procescontrole

De precieze kwantumcascade-lasers worden ontwikkeld door onderzoekers van het Fraunhofer IAF samen met collega’s van het Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden. Het Fraunhofer IAF werkt aan de verdere ontwikkeling van de laserchips, terwijl het Fraunhofer IPMS verantwoordelijk is voor het geavanceerde optische diffratiegrille van de laser. Door het draaien van deze grille kan de golflengte continu worden afgestemd tijdens het »belichten« van de stoffen.

Momenteel maakt het projectteam de lasers klaar voor gebruik in de farmaceutische industrie: in het laboratorium hebben de onderzoekers met hun methode al betrouwbaar de werkzame stoffen van alledaagse tabletten voor hoofdpijn en koorts vastgesteld. In de toekomst moet de technologie worden ingezet voor realtime controle tijdens de massaproductie van geneesmiddelen. Al tijdens het productieproces kunnen preparaten worden uitgesorteerd. »Niet alleen kunnen snel foutieve marges worden uitgesloten, maar ook namaakmedicijnen kunnen betrouwbaar worden opgespoord. De arbeidsintensieve en dure handmatige controle in het laboratorium wordt overbodig«, vat Ostendorf de meerwaarde samen.

De oorsprong van de methode ligt in het domein van de veiligheidsindustrie: in het EU-project »CHEQUERS« ontwikkelt het Fraunhofer IAF bijvoorbeeld een draagbare detector op basis van kwantumcascade-lasers, die explosieve of giftige stoffen contactloos kan detecteren vanaf een veilige afstand.

Momenteel zoeken de Freiburger onderzoekers industriële partners om hun aanpak verder te ontwikkelen. »Eerste gesprekken hebben al plaatsgevonden. In de volgende stap willen we met onze sensortechnologie ook individuele stoffen uit een mengsel van werkzame stoffen kwantificeren«, schetst Ostendorf toekomstige uitdagingen.

Meer informatie over de kwantumcascade-laser, de toepassingsmogelijkheden bij het Fraunhofer IAF en algemeen over het gebied van opto-elektronische componenten vindt u onder:

- Opto-elektronische componenten bij het Fraunhofer IAF: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/forschung/optoelektronische-bauelemente.html
- Prototype-lijn voor fotonische componenten » MirPhab «: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/leistungsangebot/halbleiterlaser/mirphab.html
- Halfgeleiderlasers bij het Fraunhofer IAF: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/leistungsangebot/halbleiterlaser.html

Over het Fraunhofer IAF in Freiburg

Het Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF behoort tot de toonaangevende onderzoeksinstellingen op het gebied van verbindingshalbleiders. Op basis van deze halfgeleiders ontwikkelt het elektronische en opto-elektronische componenten, evenals geïntegreerde schakelingen en systemen. In een cleanroom van 1000 m² en nog eens 3000 m² laboratoriumruimte staan epitaxie- en technologie-installaties en meetinstrumenten klaar om hoogfrequente schakelingen voor communicatietechnologie, spanningsomvormer-modules voor energietechniek, infrarood- en UV-detectoren voor de beveiligingsindustrie en infrarood-lasersystemen voor de medische techniek te realiseren. Belangrijke ontwikkelingen van het instituut zijn onder andere krachtige witte LED-verlichting, energiezuinige vermogensversterkers voor mobiele communicatie en zeer gevoelige lasersystemen voor waterkwaliteitsmonitoring.