Lek lub plagiat?

Wyobraź sobie, że trzymasz w rękach dwa leki. Jeden z nich jest plagiatem, a drugi jest oryginałem. Oba są wizualnie identyczne. Czy mimo to można je odróżnić? Odpowiedź brzmi: tak. Eksperci z Fraunhofer IAF pracują nad kwantowym laserem kaskadowym (QCL), który potrafi w ułamku sekundy dokładnie zidentyfikować i wykryć leki.

Technologia stojąca za tą innowacją to spektroskopia rozproszeniowa. Wykorzystuje ona fakt, że każda substancja chemiczna pochłania indywidualny udział promieniowania podczerwonego. »Oświetlamy substancję odpowiednim źródłem światła, otrzymujemy charakterystyczne dla tego materiału spektrum rozproszenia«, wyjaśnia dr Ralf Ostendorf, kierownik działu »Laserów półprzewodnikowych« w Instytucie Fraunhofer dla Fizyki Stałych Ciał w Freiburg. Szczególnie dobrze nadaje się zakres spektrum średniej podczerwieni (MIR), aby niezawodnie identyfikować substancje i związki. Światło w tym zakresie ma długość fali od trzech do 12 mikrometrów. Cząsteczki wykazują w tym zakresie charakterystyczne zachowanie absorpcyjne, co system pomiarowy QCL może doskonale wykryć.

QCL może być ustawiony w zaledwie kilka milisekund na pojedyncze linie absorpcyjne w bardzo szerokim paśmie spektralnym, co oznacza, że w najkrótszym czasie można uzyskać wiele informacji na temat zachowania absorpcyjnego danej substancji. »Dzięki wysokiej spektralnej jasności lasera i szybkiemu dostrajaniu długości fali możliwe są bardzo precyzyjne wnioski – podobnie jak odcisk palca człowieka«, wyjaśnia Ostendorf. Wypracowany QCL potrafi wykryć nawet najmniejsze ilości określonej substancji w czasie rzeczywistym, co stanowi znaczną poprawę w porównaniu do dotychczasowych systemów.

Mobilny system pomiarowy do kontroli procesu inline

Precyzyjne kwantowe lasery kaskadowe rozwijają naukowcy z Fraunhofer IAF wspólnie z kolegami z Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS w Dreźnie. Fraunhofer IAF pracuje nad dalszym rozwojem chipów laserowych, a Fraunhofer IPMS jest odpowiedzialny za miniaturowy optyczny siatkę dyfrakcyjną lasera. Dzięki obróceniu tej siatki można ciągle dostrajać długość fali podczas »oświetlania« substancji.

Obecnie zespół projektowy przygotowuje lasery do zastosowania w przemyśle farmaceutycznym: w laboratorium naukowcy już z powodzeniem zidentyfikowali składniki aktywne tabletek na bóle głowy i gorączkę. W przyszłości technologia ta ma być wykorzystywana w masowej produkcji leków jako kontrola w czasie rzeczywistym. Już na etapie produkcji można będzie odrzucać nieprawidłowe preparaty. »Nie tylko można szybko wyeliminować błędne partie, ale także skutecznie wykrywać podróbki leków. Kosztowna i czasochłonna kontrola ręczna w laboratorium stanie się zbędna«, podsumowuje Ostendorf wartość dodaną.

Geneza tej metody sięga dziedziny bezpieczeństwa: w projekcie UE »CHEQUERS« Fraunhofer IAF opracowuje na przykład przenośny detektor oparty na kwantowych laserach kaskadowych, który może bezdotykowo wykrywać wybuchowe lub toksyczne substancje z bezpiecznej odległości.

Obecnie badacze z Freiburga poszukują partnerów przemysłowych, aby dalej rozwijać swoje rozwiązanie. »Już odbyły się pierwsze rozmowy. W kolejnym kroku chcemy za pomocą naszego czujnika także kwantyfikować poszczególne substancje w mieszaninie składników aktywnych«, opisuje przyszłe wyzwania Ostendorf.

Więcej informacji na temat kwantowych laserów kaskadowych, ich zastosowań w Fraunhofer IAF oraz ogólnie w dziedzinie elementów optoelektronicznych można znaleźć pod linkami:

- Elementy optoelektroniczne w Fraunhofer IAF: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/forschung/optoelektronische-bauelemente.html
- Linia pilotażowa dla komponentów fotonicznych »MirPhab«: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/leistungsangebot/halbleiterlaser/mirphab.html
- Lasery półprzewodnikowe w Fraunhofer IAF: https://www.iaf.fraunhofer.de/de/leistungsangebot/halbleiterlaser.html

O instytucie Fraunhofer IAF we Freiburgu

Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF jest jednym z wiodących ośrodków badawczych w dziedzinie półprzewodników związkowych. Na bazie tych półprzewodników rozwija elementy elektroniczne i optoelektroniczne oraz układy i systemy zintegrowane. W czystym pomieszczeniu o powierzchni 1000 m² i dodatkowych 3000 m² powierzchni laboratoryjnej dostępne są urządzenia epitaksji i technologiczne oraz techniki pomiarowe, które umożliwiają realizację wysokoczęstotliwościowych układów dla techniki komunikacyjnej, modułów przetworników napięcia dla techniki energetycznej, detektorów podczerwieni i UV dla techniki bezpieczeństwa oraz systemów laserowych podczerwieni dla medycyny. Ważne osiągnięcia instytutu to mocne białe diody LED do oświetlenia, energooszczędne wzmacniacze mocy dla komunikacji mobilnej oraz wysoce czułe systemy analizy laserowej do monitorowania jakości wody pitnej.