Neue Mikrosysteme für die Prozessanalytik

Kernziel der Forschungsarbeit des Fraunhofer IPMS ist es, die Funktionalität der Produkte der Kunden durch den Einsatz innovativer Technologien, Komponenten und Systeme zu erweitern.

Mit mikro-elektro-mechanischen Systemen (MEMS) und mikro-opto-elektro-mechanischen Systemen (MOEMS) werden neue Anwendungen durch verbesserte Eigenschaften, immer kleinere Abmessungen, Energieeffizienz und zusätzliche Funktionen ermöglicht.

Einige der neuesten Entwicklungen bieten Lösungen zur sicheren umweltfreundlicheren Nutzung von Wasserstoff in Erdgasleitungen, zum Monitoring von Patienten außerhalb von Krankenhäusern oder zur Analyse von kleinsten Analytmengen.

Charakterisierung des Wasserstoffanteils in Erdgassystemen

Die Verwendung von Wasserstoff als Energieträger ist ein essenzieller Baustein für die Energiewende. Wasserstoff wird als Gemisch mit Erdgas im deutschen Rohrleitungsnetz weit verbreitet sein, um seine Anwendung in Haushalten und in der Industrie zu ermöglichen. Angesichts des unterschiedlichen Brennwerts von Wasserstoff im Vergleich zu Erdgas ist es unerlässlich, den Wasserstoffgehalt zu überwachen, um die Verbrennungssteuerung anzupassen.

Derzeit wird die Charakterisierung gasförmiger Systeme hauptsächlich mittels Gaschromatographen realisiert. Gerade für kleinere Gassysteme bei Endnutzern ist dieses Verfahren allerdings zu teuer. Daher entwickelt das Fraunhofer IPMS innerhalb des Projekts MUT4H2 erstmals eine neue Technologie zur Messung von Gasgemischen basierend auf mikromechanischen Ultraschallelementen (MUT). Diese ermöglichen eine kompakte und kostengünstige Echtzeitanalyse sowie die dezentrale Überwachung bzw. Steuerung der lokalen Anlagen.

Dezentrales Monitoring der Atmung von Covid-19-Patienten

Innerhalb des von der Fraunhofer-Gesellschaft initiierten Clusterprojekts M3Infekt entwickelte das Fraunhofer IPMS mithilfe seiner CMUT-Ultraschallsensorik einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung eines mobilen und leistungsfähigen Spirometers. Das Gerät zur Analyse der Lungenfunktion ist Teil einer KI-gesteuerten, dezentralen Patientenüberwachung auch außerhalb von Intensivstationen. Damit sollen Krankenhäuser stärker entlastet werden.

Analytikchip und Nahinfrarot-Spektralanalysesysteme

Weiterhin stellen die Forschenden des Fraunhofer IPMS einen elektrochemischen Analytikchip vor, welcher einfach handhabbar für kleinste Analytmengen beispielsweise in der Materialentwicklung, der Herstellung von organischen Halbleitern oder bei der Analytik von Körperflüssigkeiten genutzt werden kann.

Die vom Fraunhofer IPMS entwickelten miniaturisierten Nahinfrarot (NIR)-Spektralanalysesysteme finden in vielfältigen Applikationen Einsatz. Sie können flexibel im Designprozess an unterschiedliche Spektralbereiche angepasst werden. Ob Frischeprüfung von Lebensmitteln, sortenreine Trennung von Plastikgegenständen im Recycling oder Bestimmung von Art und Konzentration von Ausgangsstoffen in der Pharmazie.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS)