Best Paper Award für System zur Gasspektroskopie

Anlässlich des „9th Global Symposium on Millimeter-Waves (GSMM 2016)/7th ESA Workshop on Millimetre-Wave Technology and Applications” erhielten Wissenschaftler des IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik, der Humboldt-Universität zu Berlin und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, Institut für Optische Sensorsysteme, den Best Paper Award.

Der IHP-Wissenschaftler Dr. Klaus Schmalz präsentierte im finnischen Espoo die Ergebnisse zu einem kostengünstigen Gasspektroskopie-System. Die Forscher wollen die Methode der Gasspektroskopie nutzen, um Atemgasanalysen durchzuführen.

Das Paper „Gas Spectroscopy System at 245 and 500 GHz using Transmitters and Receivers in SiGe BiCMOS” beschreibt die Kombination eines Senders und eines Empfängers in einem System, was dieses kompakter und kostengünstiger verglichen mit herkömmlichen Sensorsystemen macht. „Im Vergleich zu unserem ersten Modell, das wir vor zwei Jahren vorgestellt haben, ist unser System deutlich kleiner geworden und erlaubt auch Analysen für den Bereich um 500 GHz.

Wir verwenden außerdem eine neuartige Gasabsorptionszelle“, erläutert Dr. Klaus Schmalz. Diese Gemeinschaftsarbeit von IHP, HU und DLR ist Teil des Projektes „Hochempfindlicher und hochspezifischer Atemgassensor basierend auf Molekülspektroskopie im Millimeterwellenlängenbereich“. Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Projekt wird die Methode der Gasspektroskopie nutzen, um Atemgasanalysen durchzuführen.

„Solche Analysen gibt es heute schon: Die ausgeatmete Luft des Menschen enthält viele Komponenten aus denen man Rückschlüsse auf mögliche Krankheiten ziehen kann. Heutige Apparaturen sind allerdings groß, teuer und schwierig in der Handhabung“, erklärt Dr. Klaus Schmalz. Das am IHP entwickelte elektronische System zeichnet sich durch seine integrierten Chips aus, die in der Silizium-Germanium-Technologie des IHP gefertigt wurden.

„Das System hat weitere Ausbaustufen. Wir wollen elektronische Gerätekomponenten durch Schaltkreise ersetzen. Auch die Abmessungen der Absorptionszelle wollen wir deutlich reduzieren. Man könnte beispielsweise ein dünnes langes Rohr als Wellenleiter verwenden, um Platz zu sparen.“ Die Größe eines Schuhkartons für das gesamte System schwebt den Wissenschaftlern des DFG-Projekts vor.

Das IHP ist spezialisiert auf integrierte Schaltkreise. Diese Mikroelektronikkomponten fügt der Projektpartner von der HU Berlin in Kooperation mit dem DLR zum Gesamtsystem des Gassensors zusammen. Ein weiterer Partner im DFG-Projekt ist die Klinik für Pneumologie des Universitätsklinikums Gießen und Marburg, die den Atemgassensor an gesunden und kranken Menschen erproben und auf sein diagnostisches Potenzial evaluieren wird. Diese interdisziplinäre Kooperation wird einen wichtigen Beitrag dazu leisten, das Potenzial der Atemgasanalyse in der medizinischen Diagnostik weiter zu erschließen.

Das DFG-Projekt gehört zum DFG-Schwerpunktprogramm „Elektromagnetische Sensoren für Life Sciences“, welches die Verbesserung der Lebensqualität durch schnellere, exaktere und einfacher anzuwendende Analyse- und Diagnoseformen erforscht. Das IHP arbeitet an insgesamt drei Projekten aus diesem Programm. Die Forschung für den Gesundheitsbereich ergänzt das Institut durch die Arbeit im Leibniz-Forschungsverbund „Medizintechnik“.