Infrarot Sensortechnologie und Spektroskopie

Optische Chemo- und Biosensoren im Spektralbereich des mittleren Infrarot (MIR; 3-20 µm) gewinnen in der Prozesskontrolle, im Umweltmonitoring und in der biomedizinischen Anwendung zunehmend an Bedeutung, insbesondere durch den wachsenden Bedarf an inhärent molekülspezifischen, flexiblen und robusten Sensortechnologie. Durch Neu- und Weiterentwicklungen im Bereich der Lichtwellenleitertechnologie (z.B. MIR transparente optische Fasern, planare Halbleiterlichtwellenleiter und -resonatoren, etc.) zeichnet sich insbesondere die kontinuierliche Interaktion zwischen dem optischen Transduktionselement und der Messumgebung durch hohe Effizienz aus. In Kombination mit innovativen Beschichtungen der Lichtwellenleiteroberfläche, zu denen unter anderem funktionalisierte Polymere und diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC) zählen, und durch die Verfügbarkeit effizienter Infrarotlichtquellen (z.B. bei Raumtemperatur betriebene, durchstimmbare Quantenkaskadenlaser) wurde diese Sensortechnologie in den letzten Jahren neben der Kopplung mit konventionellen FT-IR Spektrometern wesentlich weiterentwickelt.

Der Fokus der Forschung auf diesem Gebiet liegt demnach in die Entwicklung neuartiger innovativer IR Sensorkonzepte mit einem Schwerpunkt in der Entwicklung miniaturisierter und (chip-)integrierter Sensorsysteme mit deutlich verbesserter Sensitivität zur Anwendung in der Flüssig- und der Gasphase, sowie in der medizinischen Diagnostik. Neuere Entwicklungen erweitern integrierte Sensortechnologien in den Spektralbereich des fernen Infrarot bzw. Terahertzbereich (THz, 20-300 µm) mit einem Schwerpunkt in der Entwicklung neuartiger Nahfeldabbildungsverfahren und integrierter Sensorplattformen zur Detektion von biomolekularen Interaktionen (z.B. markierungsfreie Detektion von DNA-DNA Wechselwirkungen).

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt beschäftigt sich mit der Entwicklung von IR Sensortechnologien zur Anwendung unter extremen Bedingungen wie beispielsweise der Tiefsee (z.B. Spektroskopie von Gashydraten, Diamantoiden, marinen Sedimenten, etc.) Diese Forschungsrichtungen werden durch neue Ansätze in der multivariaten Datenauswertung für autonomen Sensorbetrieb und Datenauswertung ergänzt.

Aktuelle Projekte

  • Evaneszentfeldsensorik mit Quantenkaskadenlasern
  • Spurengasanalytik mit hohlen Lichtwellenleitern
  • Planare MIR Halbleiterlichtwellenleiter und -resonatoren
  • MIR Sensortechnologie und Spektroskopie in der Tiefsee
  • MIR Sensorik und Spektroelektrochemie mit DLC-beschichteten Lichtwellenleitern
  • Integrierte Nahfeld THz Technologie
  • Virtuelle MIR Sensoren – Modellierung und Simulation
  • Neue Konzepte in der multivariaten Datenanalyse