Mikrolabor ermöglicht mobile Luftanalyse

Britische Forscher haben vor, Systeme für die genaue Luftanalyse zu schrumpfen. Eine neue Generation kompakter, portabler Messgeräte soll die derzeit üblichen großen, teuren Gaschromatographen ersetzen, so das National Centre for Atmospheric Sciences.

Damit können Analysen in Zukunft vor Ort durchgeführt werden, beispielsweise in Wetterballonen oder bei der Arbeit mit flüchtigen Chemikalien. Möglich wird das durch die Mikrofluidik, die eine Kontrolle über und eine Analyse von sehr kleinen Gasmengen erlaubt. Ein Fertigungsprozess für notwendige Mikrofluidik-Komponenten ähnelt dabei jenen Verfahren, mit denen bereits elektronische Bauteile auf ihre heutige Größe reduziert werden konnten.

„Wir wollen ein portables Gerät entwickeln, das die Größe eines Schuhkartons hat“, betont Chris Rhodes, projektbeteiligter Wissenschaftler von der University of York, gegenüber pressetext. Das tragbare System wird alle zur Analyse notwendigen Komponenten und Detektoren ebenso enthalten wie Elemente zur Datenauswertung und ein Display zur Anzeige.

Es soll tischgroße Gaschromatographen ersetzen, die um die 40 Kilogramm auf die Waage bringen – exklusive Computer für die Auswertung. „Der Preis wird wohl ein Drittel eines Gaschromatographen betragen“, erwartet Rhodes auch einen Kostenvorteil. Außerdem wäre das System deutlich energieeffizienter. Damit könnte es eine genaue Luftanalyse in Bereich erschließen, die aktuellen Systemen unzugänglich bleiben. Geräte auf Wetterballonen könnten detaillierte Daten gewinnen und diese drahtlos an eine Bodenstation übertragen. Neben der Umweltforschung seien auch Anwendungen in der Industrie denkbar. Beispielsweise könnte die Luftqualität in Arbeitsbereiche, wo mit flüchtigen Lösungsmitteln hantiert wird, in Echtzeit überwacht werden.

Herz des mobilen Analyselabors wird ein speziell gefertigtes Bauteil des britischen Mikrofluidik-Unternehmen Dolomite http://dolomite-microfluidics.com . Auf einer Fläche von nur zehn Zentimetern Seitenlänge fasst es einen 7,5 Meter langen Mikrofluidik-Kanal und einen zweiten 1,5 Meter langen Kanal, beide mit einem Durchmesser von nur 0,3 Millimetern. „Das ist notwendig, um eine große Zahl von Verbindungen effizient trennen zu können“, erklärt Rhodes. Mehrere Tausend verschiedene Substanzen könnten bisweilen in der Luft zu finden sein. Sie sollen das Kanalsystem nacheinander verlassen, um dann einfach von einem Detektor gemessen zu werden. Um das sicherzustellen, können die Kanäle unter anderem auf unterschiedliche Temperaturen gebracht werden oder praktisch wie in der Mikroelektronik zwischen den Kanälen umgeschaltet werden.

Praktisch wie in der Mikroelektronik funktioniert auch die Fertigung des Mikrofluidik-Chips. Durch einen photolithographischen Prozess werden winzige Strukturen in ein Trägermaterial, in diesem Fall Glas, geritzt. Der Kanal entsteht dabei durch das aufeinander Legen und Verbinden zweier strukturierter Schichten. „Die Herausforderung bei diesem Projekt war, zwei so große geritzte Glasplatten zu verbinden“, betont Gillian Davis, Regional Manager bei Dolomite. Die exakte Ausrichtung für die Mikro-Kanäle habe das Unternehmen auf die Probe gestellt. „Wir wollen in einem Jahr einen einsatzfähigen Prototypen haben“, erklärt Rhodes. Das Forschungsprojekt ist auf insgesamt drei Jahre anberaumt und es sei realistisch, am Ende der Projektdauer bereits ein kommerzielles Produkt präsentieren zu können.