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MICROMOLE – autonome chemische Minidetektoren für den Betrieb in Abwässern

Hintergrund

Produktion und Konsum synthetischer Drogen haben in den vergangenen Jahren in Europa stark zugenommen. Das hat negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Bevölkerung. So kann beispielsweise der Missbrauch von Amphetaminen zu psychischen und physischen Nebenwirkungen bis hin zu schwerwiegenden mentalen Erkrankungen und sogar Tod führen. Häufig werden diese Drogen in illegalen Drogenlaboren mit ungeeigneten Mitteln hergestellt - mit unkontrollier­baren Folgen, wie beispielsweise gefährlichen Explosionen. Die Anzahl illegaler Drogenlabore steigt ständig, deshalb ist ihre Identifizierung besonders wichtig.

Nachweis chemischer Substanzen in Wasser im Mikro-Mol-Bereich

Wesentliches Ziel des MICROMOLE-Projekts ist es, ein autonomes Kontrollsystem zu entwickeln, das mit höchster Empfindlichkeit und Selektivität geringste Mengen bestimmter chemischer Substanzen in Abwässern erkennt. Die Spuren von Schadstoffen sollen die Produktion synthetischer Drogen in der näheren Umgebung nachweisen. Ein solches Kontrollsystem kann auch in vielen anderen Bereichen eingesetzt werden, wie beispielsweise bei der Bewertung der Gewässergüte­beurteilung.

Klein, autonom, sensitiv, selektiv und energieeffizient

Ziel des Forschungsprojekts ist es außerdem, das Laborsystem auf die Größe einer Handfläche zu reduzieren, wobei es ohne menschlichen Eingriff in Abwässern betrieben wird. Hauptbestandteil des Systems ist ein chemischer Sensor, der aufgrund der eingesetzten Mikrofluidik-Technologie sehr kompakt ist. Der Sensor besitzt eine sehr hohe Empfindlichkeit und Selektivität und ist durch die Nutzung einer speziellen Elektrodenanordnung robust gegenüber Änderungen der Wasser­­­eigenschaften.

Für dieses Laborsystem hat das Fraunhofer IIS eine optimierte integrierte Auswerteelektronik entwickelt, mit der die höchste Sensorgenauigkeit erreicht werden kann. Für maximale Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit benötigt der Sensor zunächst eine präzise Arbeitspunkt­einstellung. Um die Konzentration des zu detektierenden Stoffes durch digitale Signal­verarbeitung ermitteln zu können, muss das Ausgangssignal des Sensors verstärkt, gefiltert und digitalisiert werden.

Eine zentrale Anforderung an ein autonom arbeitendes Sensorsystem ist neben einer hohen Messgenauigkeit auch ein äußerst geringer Energieverbrauch. Für die Energieversorgung dieses Sensorsystems hat das Fraunhofer IIS einen optimierten thermoelektrischen Generator entwickelt.

Weitere Informationen über das Projekt MICROMOLE