Zur Entwicklung neuer optischer Sensoren

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert ein neues Forschungsprojekt an der Universität Regensburg. Ein Team um Projektleiter Dr. Thomas Hofbeck und Prof. Dr. Hartmut Yersin vom Institut für Physikalische Chemie wird bis Ende August 2016 mit 470.000 Euro gefördert. Ziel des Projekts ist die Entwicklung neuartiger optischer Sensoren für die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration und des Luftdrucks in biologischen und chemischen Systemen.

Sensoren finden sich in unterschiedlichsten Formen und Anwendungen. Eine besondere Gruppe stellen optische Sensoren dar, die Licht als Informationsträger nutzen. Hierbei handelt es sich um sogenannte Lumineszenzsensoren. Bei diesen werden spezielle Materialien eingesetzt, die in Abhängigkeit einer äußeren Messgröße ihre Emissionseigenschaften ? beispielsweise die Emissionsintensität oder die -abklingzeit ? ändern. Allerdings bringen die bisherigen Methoden zur Auswertung der beiden genannten Größen gewisse Nachteile mit sich.

Im Rahmen des Regensburger Forschungsprojekts wird ein neuer Ansatz verfolgt. Das Verfahren basiert auf der Idee, Sensormaterialien zu entwickeln und zu nutzen, die eine sogenannte duale Emission aufweisen. Es handelt sich dabei um Moleküle, die aus zwei unterschiedlichen elektronischen Molekülzuständen emittieren und deshalb Licht in zwei verschiedenen Farben ausstrahlen. Der Einfluss der Messgröße auf das Sensormaterial äußert sich in einer Änderung der Emissionsfarbe. Der große Vorteil dieser Strategie ist eine einfache und schnelle Ermittlung der Messgröße über die Auswertung der Farbe des von den Sensormolekülen emittierten Lichts. Zudem lässt sich mit Hilfe der neuartigen Sensormoleküle unter Verwendung von Farbkameras relativ einfach ein bildgebendes Verfahren umsetzen. Dadurch können beispielsweise Sauerstoffverteilungen in biologischen Proben oder Luftdruckverteilungen auf Oberflächen sichtbar gemacht werden.

Vorarbeiten der Regensburger Wissenschaftler stießen bereits wegen des hohen wirtschaftlichen Potentials auf Interesse von Seiten der Industrie. Nach der Realisierung und Optimierung von Materialien im Rahmen des neuen Projekts wird deshalb eine technologische Weiterentwicklung und Umsetzung mit Industriepartnern erfolgen.

Titel des Forschungsprojekts: "Optische Sensorik auf Basis dualer Emission" (DualSens)
Zuwendungsgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Förderprogramm: Förderprogramm Photonik Forschung Deutschland
Förderkennzeichen: 13N13393
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Die neuen Sensormaterialien ändern in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt die Emissionsfarbe. Die abgebildete Sensorflüssigkeit zeigt eine Farbverschiebung von blau nach grün bei einer Abnahme des Sauerstoffanteils im durchströmenden Gasgemisch.
Foto: Universität Regensburg