De TU/e heeft een micro-spectrometer ontwikkeld. Met deze sensor is het in de toekomst mogelijk om bijvoorbeeld CO2 te meten met je smartphone. Onderzoekers van de universiteit presenteren deze uitvinding vandaag in Nature Communications.
De sensor is klein genoeg gemaakt om eenvoudig en goedkoop in een smartphone te kunnen plaatsen. De sensor is even nauwkeurig is als gangbare spectrometers die in de wetenschap worden gebruikt, maar in plaats van een tafel in beslag te nemen, kan de sensor straks in je broekzak zitten. De onderzoekers van de TU/e hebben een andere manier gevonden om dezelfde nauwkeurige metingen te doen. Hiervoor ontwikkelden ze een ‘photonic crystal cavity’, waarmee licht wordt gevangen, omgezet wordt in stroom en vervolgens nauwkeurig kan worden gemeten.
De verwachting is dat deze sensor pas over vijf jaar terug zal komen in een smartphone. Eerst moet er nog gewerkt worden aan het verbreden van het waarneembare lichtspectrum. Ook wordt er gewerkt aan een lichtbron die geïntegreerd wordt in de sensor. Daarmee wordt de meter onafhankelijk van externe bronnen. Er zijn veel toepassingen die de sensor mogelijk kan maken. Bijvoorbeeld het meten van CO2, rookdetectie, het vaststellen welk medicijn je vasthebt, het meten van de versheid van etenswaren en het meten van je bloedglucosespiegel.
Het analyseren van licht kent veel toepassingen. Elk materiaal en elk weefsel heeft namelijk zijn eigen ‘voetafdruk’ qua absorptie en reflectie van licht, en is daardoor te herkennen. Tot nu toe waren nauwkeurige spectrometers groot. Dat komt doordat het apparaat licht splitst in verschillende kleuren, die apart gemeten worden. Vlak na de lichtsplitsing overlappen de bundels van verschillende frequenties elkaar nog; zeer nauwkeurige metingen kunnen daarom pas op tientallen centimeters na de splitsing gedaan worden.
Om een groter frequentiegebied te kunnen meten, legden de onderzoekers twee van hun membranen heel vlak boven elkaar. De twee membranen beïnvloeden elkaar: verandert de afstand ertussen zelfs maar een heel klein beetje, dan schuift ook de lichtfrequentie op die de sensor kan waarnemen. Dus gebruikten de onderzoekers, onder leiding van hoogleraar Andrea Fiore en universitair hoofddocent Rob van der Heijden, een MEMS (een micro- elektromechanisch systeem). Dit laat de afstand tussen de membranen variëren, en daarmee de gemeten frequentie. Zo beslaat de sensor uiteindelijk een golflengtegebied van ongeveer dertig nanometer. Binnen dit gebied kan de spectrometer grofweg honderdduizend frequenties onderscheiden, wat uitzonderlijk nauwkeurig is.
Om de bruikbaarheid aan te tonen, maakte het onderzoeksteam meerdere toepassingen, onder meer een gassensor. Ook maakten ze een extreem gevoelige bewegingsmeter, door slim gebruik te maken van het feit dat de waargenomen frequentie verandert wanneer de twee membranen ten opzichte van elkaar bewegen.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
