Met de "Picolyzer" wil het competentiecentrum Nanochem metaalionen in onvoorstelbaar kleine concentraties aantonen

Met de "Picolyzer" wil het competentiecentrum Nanochem metaalionen in onvoorstelbaar kleine concentraties aantonen

Het doet een beetje denken aan het zoeken naar de beroemde naald in een hooiberg: in de hightech-sector is het van groot belang om in vloeibare media elke, hoe klein ook, vervuiling door metaalionen op te sporen.

Aan de Hochschule Regensburg (HS.R) wordt hier hard aan gewerkt en onderzoek gedaan: onder leiding van Prof. Dr. Alfred Lechner ontwikkelen studenten en diploma-ingenieurs in het competentiecentrum "Nanochem" momenteel een compact, volledig geautomatiseerd analysemiddel. De "Picolyzer" moet binnenkort helpen om minimale contaminaties via online meetmethoden te bepalen en zo productiestoringen, bijvoorbeeld door slechte waterkwaliteit, te voorkomen.

De wortels van "Nanochem" liggen in de studierichting Mikrosysteemtechniek, die in oktober 1990 voor het eerst landelijk werd aangeboden aan de HS.R. In de loop der jaren ontwikkelde zich in samenwerking tussen HS.R en de relevante industrie een sterke samenwerking op het gebied van chemische analyses en procestechnologie. Om de projecten met de industrie efficiënter te kunnen uitvoeren, richtten de professoren Dr. Lechner, Dr. Rieger en Dr. Wild in het najaar van 2007 het "Competentiecentrum Nanochem" op aan de HS.R. De cleanroom van de hogeschool biedt alle natchemische procedures voor etsen en reinigen die in micro- en nanotechnologie worden toegepast. Daarnaast beschikt het competentiecentrum Nanochem over alle andere processen zoals fotolithografie, plasma-ondersteunde procedures (sputteren, laagdepositie en droog etsen) en laagproductie door bedampen en vochtoxidatie. Voor analyses worden nog steeds spectroscopische en chromatografische methoden gebruikt in media en op oppervlakken tot in het nanobereik, die bijvoorbeeld van belang zijn voor milieu-, medische-, bio- en halfgeleidertechnologie. Daarnaast biedt Nanochem theoretische en praktische trainingen in de cleanroom aan.

Met de Picolyzer wil het competentiecentrum een bijdrage leveren aan het kostenbesparend en continu controleren van de kwaliteit van vloeibare media in de industrie, en het uitvoeren van uitgebreide steekproefanalyses met dure apparaten overbodig maken. Het apparaat kan met behulp van een enkele meter lange, spiraalvormige cuvet in silicium met een zeer kleine kanaaldiameter op spectroscopische wijze metaalionen in minimale concentraties detecteren. Hiervoor worden water of andere vloeibare media zoals zuren en basen, samen met licht, gelijktijdig in de lange cuvet ingebracht. Het licht wordt via totale reflectie door dit extreem lange pad geleid. Bij totale reflectie kun je je voorstellen dat een bal van een muur stuitert. Net zoals de bal kan ook het licht door voortdurende reflectie (stuiteren) aan de kanaalmuur worden geleid via een gebogen structuur. Door dit effect blijft het licht in het kanaal en verlaat het bijna 100 procent aan het einde. Tijdens de doorgang wordt het licht afgezwakt door de in het medium aanwezige metaalionen. Deze afname kan worden gekwantificeerd met analytische methoden. Daarbij kunnen concentraties worden bepaald tot in de ppb-waarde. Dat wil zeggen, vergelijkbaar met de wereldbevolking: het zou mogelijk zijn om een Bayern in China op te sporen.

Naast de primaire markt van de halfgeleiderindustrie is er een breed scala aan andere toepassingen, variërend van milieubescherming tot fluorescente analytiek in bio- en medischtechnologie. De focus van het project Picolyzer ligt op de ontwikkeling van bijbehorende microfluïdische componenten zoals pompen, mengstructuren, microcuvetten en de integratie ervan tot een totaal systeem. De complexiteit van het project vereist nauwe samenwerking met relevante onderzoeksinstellingen zoals bijvoorbeeld het Fraunhofer-Instituut (IZM) in München en het competentiecentrum Sensoriek aan de HS.R onder leiding van Prof. Dr. Hummel.

Opname van een cuvet met een rasterelektronenmicroscoop (REM). Afbeelding: Competentiecentrum Nanochem