Per garantire prodotti farmaceutici di alta qualità, i produttori devono non solo controllare la purezza e la concentrazione dei propri prodotti, ma anche quelli dei loro fornitori. I ricercatori del Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF hanno sviluppato un sistema di misurazione in grado di identificare un'ampia varietà di sostanze chimiche e farmaceutiche a distanza e in tempo reale. È perfetto per l'uso nel settore farmaceutico, industria chimica e alimentare.

Soprattutto per le produzioni farmaceutiche e alimentari è indispensabile un controllo continuo degli ingredienti. Generalmente, questo sarebbe fatto da un campionamento e un'analisi di laboratorio tramite cromatografia o spettrometri. Però, tale processo richiede tempo e consente solo controlli a campione. Al Fraunhofer IAF, i ricercatori hanno sviluppato un sistema di misura in grado di controllare la qualità in tempo reale. Identifica anche le più piccole quantità di sostanze in base alla loro composizione molecolare.

Misurazioni in tempo reale con laser a cascata quantica

Il cuore del sistema è un laser a cascata quantica (QCL) sintonizzabile estremamente veloce che opera nella gamma del medio infrarosso. Sulla base della spettroscopia di retrodiffusione, il sistema laser non solo permette di identificare in tempo reale quantità minime di sostanze chimiche, ma anche per controllare continuamente i processi di reazione chimica. "Il nostro sistema di misurazione consente l'identificazione a distanza di un'ampia varietà di sostanze chimiche e farmaceutiche. Le lunghe procedure di misurazione nei laboratori possono essere sostituite da misurazioni in tempo reale durante i processi di produzione in corso, " spiega il dottor Marko Härtelt, ricercatore presso Fraunhofer IAF.

Insieme ai suoi colleghi, lavora da diversi anni allo sviluppo di QCL per la spettroscopia infrarossa. Con l'aiuto dei ricercatori del Fraunhofer IPMS, ha sviluppato una sorgente laser compatta e robusta con la quale è possibile scansionare l'intera gamma di lunghezze d'onda dell'emettitore QCL in un millisecondo. La base per questo metodo di "impronta digitale" è la gamma del medio infrarosso (4-12 μm). "Molti composti chimici hanno un comportamento di assorbimento unico in questo intervallo di lunghezze d'onda, che è unico come un'impronta digitale umana, " commenta Härtelt. La gamma di lunghezze d'onda consente una chiara identificazione della natura e della composizione dei composti molecolari.

Velocità di scansione estremamente variabile

I laser a cascata quantica sviluppati da Fraunhofer IAF sono caratterizzati dalla loro velocità di scansione estremamente variabile, le loro dimensioni compatte così come il loro essere ampiamente sintonizzabili. I ricercatori hanno sviluppato un QCL che può essere sintonizzato per funzionare a frequenze di scansione elevate o in modalità quasi statica su un ampio intervallo di lunghezze d'onda. Ciò si ottiene attraverso la combinazione di laser a cascata quantica in un risonatore esterno con diversi scanner a reticolo basati su MOEMS che funzionano come elementi selettivi delle onde. "Gli scanner MOEMS risonanti sintonizzabili spettralmente più veloci consentono la scansione di mille gamme IR complete al secondo. L'elevata velocità di scansione è essenziale per le applicazioni in cui le condizioni cambiano rapidamente, come la sorveglianza dei processi di reazione chimica o di oggetti in movimento, " dice Hartelt.

I sistemi di misurazione basati su QCL sono adatti per il controllo qualità in una varietà di settori industriali, grazie alla loro capacità di identificare varie sostanze chimiche a distanza e in tempo reale. Utilizzato nel settore farmaceutico, industria chimica e alimentare i sistemi di misurazione forniscono informazioni sull'autenticità e la purezza delle sostanze in qualsiasi momento durante il processo di produzione. Per di più, i laser a cascata quantica possono essere utilizzati nella diagnostica medica o nel settore della sicurezza per testare sostanze pericolose. Inoltre, il design compatto consente lo sviluppo di dispositivi mobili, e anche a mano, sistemi di misura.