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Sensorik Nanopartikel mit Lichtwellen aufspüren

| Redakteur: Rebecca Vogt

An der Otto-von-Guericke-Universität in Magdeburg haben Physiker Sensoren entwickelt, mit denen man kleinste Nanopartikel in der Umgebung wahrnehmen kann. Die Sensoren könnten in Zukunft verwendet werden, um auch kleinste Mengen an Fremdstoffen in Flüssigkeiten oder Gasen zuverlässig und genau zu erkennen.

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Das Modell der Forscher: Mikroresonatoren (Ringe) zum Aufspüren kleinster Teilchen (durchsichtige Kugeln), Nanonadeln (blaue Kugeln) installieren exzeptionellen Punkt, Pfeile geben die Richtung an, in der Licht gestreut wird.
Das Modell der Forscher: Mikroresonatoren (Ringe) zum Aufspüren kleinster Teilchen (durchsichtige Kugeln), Nanonadeln (blaue Kugeln) installieren exzeptionellen Punkt, Pfeile geben die Richtung an, in der Licht gestreut wird.
(Bild: W. Chen, Prof. L. Yang, Washington University, St. Louis )

In Zusammenarbeit mit Kollegen aus den USA haben die Wissenschaftler um Prof. Dr. Jan Wiersig vom Lehrstuhl für Theoretische Physik sogenannte Mikroresonatoren – eine Art Lichtspeicher – so beeinflusst, dass sie extrem kleine Teilchen, etwa aus gefährlichen oder medizinisch relevanten Stoffen, erkennen können.

Sensoren, die wie Schwimmreifen geformt sind

Insgesamt spielen Sensoren eine große Rolle in unserem Alltag – etwa als Bewegungsmelder oder Temperatursensoren. Die Sensoren, mit denen sich die Wissenschaftler an der Uni Magdeburg beschäftigen, sind mit dem bloßen Auge kaum sichtbar. Ihre Form gleicht einem Schwimmreifen.

Licht reagiert auf kleinste Teilchen

Die Sensoren sind in der Lage, Licht in ihrem Inneren einzuschließen. Das gespeicherte Licht wird mittels feinster Nadeln, sogenannter Nanonadeln, von den Wissenschaftlern in der Frequenz verändert und in einen Zustand versetzt, bei dem das Licht hochsensibel auf äußere Einflüsse reagiert.

Wissenschaftler sprechen hier vom exzeptionellen Punkt. Kommen nun kleinste Teilchen – zum Beispiel Wirkstoffe eines Medikaments – in die Nähe des Sensors, verändert sich die Farbe des eingeschlossenen Lichts. Diese Veränderungen sind für das menschliche Auge nicht sichtbar, mit einem Spektrometer aber präzise zu bestimmen.

Winzige Fremdstoffe in Flüssigkeiten oder Gasen aufspüren

„Wir freuen uns, dass es uns erstmals gelungen ist, das relativ abstrakte mathematische Konzept exzeptioneller Punkt zur Verbesserung von Sensoren zu verwenden“, sagt Prof. Wiersig. „Die Oberflächen dieser extrem sensiblen Sensoren könnten künftig sehr verlässlich und präzise auch winzige Mengen von Fremdstoffen in Flüssigkeiten oder Gasen erkennen.“

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