Za pomocą "Picolyzer" centrum kompetencji Nanochem wykrywa jony metali w niewyobrażalnie małych stężeniach

Z "Picolyzer" centrum kompetencji Nanochem wykrywa jony metali w niewyobrażalnie małych stężeniach

To trochę jak poszukiwanie słynnej igły w stogu siana: w branży high-tech niezwykle ważne jest wykrywanie każdej, nawet najmniejszej zanieczyszczenia metalowymi jonami w płynnych mediach.

Na Hochschule Regensburg (HS.R) prowadzone są intensywne badania i prace nad tym zagadnieniem: pod kierownictwem prof. dr. Alfreda Lechnera w centrum kompetencyjnym „Nanochem” studenci i inżynierowie dyplomowi właśnie opracowują kompaktowe, w pełni zautomatyzowane urządzenie analityczne. „Picolyzer” ma wkrótce pomóc w wykrywaniu najmniejszych kontaminacji za pomocą metod online, co pozwoli uniknąć awarii produkcji, np. z powodu niskiej jakości wody.

Korzenie „Nanochem” sięgają kierunku studiów Mikrosystemtechnik, który po raz pierwszy został uruchomiony na HS.R w październiku 1990 roku na terenie całego kraju. W ciągu lat we współpracy między HS.R a przemysłem rozwinęła się silna kooperacja w dziedzinie analiz chemicznych i technologii procesów. Aby móc skuteczniej realizować projekty z przemysłem, w jesieni 2007 roku profesorowie dr Lechner, dr Rieger i dr Wild założyli na HS.R „Centrum Kompetencyjne Nanochem”. Czysta sala uczelni oferuje wszystkie metody chemii mokrej do czyszczenia i oczyszczania, stosowane w nanotechnologii i mikrotechnologii. Centrum Nanochem dysponuje także wszystkimi innymi procesami, takimi jak fotolitografia, metody wspomagane plazmą (sputtering, osadzanie warstw i sucha trawienie) oraz produkcja warstw przez odparowywanie i utlenianie wilgotne. Do analiz wykorzystywane są również metody spektroskopowe i chromatograficzne w mediach i na powierzchniach, sięgające nawet nanometrowego poziomu, które mają znaczenie np. w ochronie środowiska, medycynie, biologii i technologii półprzewodników. Dodatkowo Nanochem oferuje szkolenia teoretyczne i praktyczne w czystej komorze.

Dzięki Picolyzerowi centrum kompetencyjne chce przyczynić się do obniżenia kosztów i ciągłej kontroli jakości płynnych mediów w przemyśle, eliminując konieczność kosztownych i czasochłonnych analiz punktowych za pomocą drogich urządzeń. Urządzenie może wykrywać metalowe jony w minimalnych stężeniach za pomocą spektroskopowej metody, korzystając z kilku metrowej spiralnej kuwety wykonanej z krzemu o bardzo małym przekroju kanału. Do tego celu do długiej kuwety jednocześnie wprowadza się wodę lub inne płynne media, takie jak kwasy i zasady, wraz ze światłem. Światło jest prowadzone przez tę ekstremalnie długą drogę za pomocą całkowitego wewnętrznego odbicia. Podobnie jak piłka odbija się od ściany, tak i światło, dzięki ciągłym odbiciom od ścianek kanału, może być prowadzone przez zakrzywioną strukturę. Dzięki temu światło pozostaje w kanale i na końcu wychodzi niemal w 100 procentach. Podczas przepływu światło jest tłumione przez zawarte w medium metalowe jony. Tę tłumienność można kwantyfikować za pomocą metod analitycznych, co pozwala na określenie stężeń nawet w zakresie ppb. Innymi słowy, można to porównać do wykrycia Bawarczyka w Chinach.

Oprócz głównego rynku przemysłu półprzewodników, istnieje szerokie spektrum innych zastosowań, od ochrony środowiska po fluorescencyjną analizę w biotechnologii i medycynie. Głównym celem projektu Picolyzer jest rozwijanie odpowiednich mikrofluidycznych komponentów, takich jak pompy, struktury mieszające, mikrowakuły i ich integracja w całościowy system. Złożoność przedsięwzięcia wymaga ścisłej współpracy z odpowiednimi instytucjami badawczymi, takimi jak Fraunhofer Institute (IZM) w Monachium i Centrum Kompetencyjne Sensorów na HS.R pod kierownictwem prof. dr Hummela.

Zdjęcie kuwety wykonanej za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Zdjęcie: Centrum Kompetencyjne Nanochem