SpinMagIC: EPR auf einem Chip sichert Qualität von Olivenöl und Bier
Der Physiker Michele Segantini demonstriert, wie kompakt der EPRoC-Sensor ist. © Luca Segantini
Bevor Lebensmittel verderben bilden sich meist bestimmte reaktionsfreudige Moleküle, sogenannte freie Radikale. Bisher war der Nachweis dieser Moleküle für Lebensmittelunternehmen sehr kostspielig. Ein Team aus HZB und Universität Stuttgart hat nun einen tragbaren und kostengünstigen „EPR-on-a-Chip“-Sensor entwickelt, der freie Radikale auch in geringsten Konzentrationen nachweisen kann. Nun bereitet das Team die Gründung eines Spin-off-Unternehmens vor, gefördert durch das EXIST-Forschungstransferprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz. Der EPRoC-Sensor soll zunächst bei der Herstellung von Olivenöl und Bier eingesetzt werden, um die Qualität dieser Produkte zu sichern.
Als erste Anzeichen, dass Lebensmittel verderben, bilden sich in den meisten Produkten hochreaktive Moleküle, so genannte freie Radikale. Diese Moleküle nachzuweisen, ist bislang sehr aufwändig: Die einzige direkte Methode ist die paramagnetische Elektronenspinresonanz (EPR). Herkömmliche EPR-Geräte sind jedoch teuer und platzraubend, sie benötigen Elektromagnete, die keinen Batteriebetrieb zulassen und auch in der Anschaffung und im Betrieb viel Geld kosten. Alternativ stehen chemische Methoden zur Verfügung, die nicht nur sehr arbeitsaufwändig sind, sondern auch giftige Abfälle erzeugen.
EPR-on-a-Chip-Sensor
Doch nun bietet das Spin-Off-Unternehmen SpinMagIC eine kompakte und preisgünstige Alternative zu herkömmlichen EPR-Geräten: Einen EPR-Sensor, der auf einen kleinen Chip passt (EPRoC). „Wir werden kleine, tragbare und erschwingliche EPR-Geräte herstellen, die wir auf die Bedürfnisse des Kunden zuschneiden können“, erklärt der Physiker Michele Segantini (HZB), der in der Abteilung von Prof. Klaus Lips gerade seine Promotion abschließt. Zum Gründerteam gehören neben Segantini der Elektrotechniker Anh Chu, der Physiker Belal Alnajjar, die beide an der Universität Stuttgart im Team von Professor Jens Anders forschen, sowie der Betriebswirtschaftler Jakob Fitschen.
Die Entwicklung des EPRoC geht auf eine Idee von Klaus Lips (HZB) und Jens Anders (Universität Stuttgart) zurück, die 2019 mit dem Technologietransferpreis des HZB ausgezeichnet wurde. Die weitere Entwicklung wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. „Seitdem ist viel passiert, so dass wir jetzt eine Ausgründung planen können“, sagt Segantini. Während das Team an der Universität Stuttgart die „Hardware“ optimierte, untersuchte Segantini, wo und wie die Erfindung auf dem Markt eingesetzt werden könnte.
„Wir sehen ein großes Potenzial für Anwendungen, zunächst vor allem in der Lebensmittelproduktion“, sagt Segantini. Während seiner Doktorarbeit nahm er Kontakt zu einer Vielzahl von Branchen auf und identifizierte Olivenölhersteller und Brauereien als Pilotkunden. Bisher haben diese Unternehmen ihre Produkte mit aufwändigen chemischen Methoden getestet, bei denen relevante Mengen giftiger Abfälle anfallen. „EPRoC ist nicht nur viel empfindlicher, sondern auch weniger zeitaufwändig, so dass die Proben während des gesamten Prozesses wiederholt analysiert werden können. Dies liefert zusätzliche Erkenntnisse, die zur Optimierung der Produktionsprozesse genutzt werden können, um die Haltbarkeit und Oxidationsbeständigkeit der Produkte zu verlängern“, betont Segantini.
Für die Zukunft planen die Gründer, ihr Produkt auch für andere Anwendungsbereiche wie medizinische Diagnostik, Arzneimittelentwicklung, Halbleitertechnologie und das Monitoring von Batterien anzupassen.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Elegantes Verfahren zum Auslesen von Einzelspins über PhotospannungDiamanten mit spezifischen Defekten können als hochempfindliche Sensoren oder Qubits für Quantencomputer genutzt werden. Die Quanteninformation wird dabei im Elektronenspin-Zustand der Defekte gespeichert. Allerdings müssen die Spin-Zustände bislang optisch ausgelesen werden, was extrem aufwändig ist. Nun hat ein Team am HZB eine elegantere Methode entwickelt, um die Quanteninformation über eine Photospannung auszulesen. Dies könnte ein deutlich kompakteres Design von Quantensensoren ermöglichen.
- Solarzellen auf Mondglas für eine zukünftige Basis auf dem MondZukünftige Mondsiedlungen werden Energie benötigen, die Photovoltaik liefern könnte. Material in den Weltraum zu bringen, ist jedoch teuer – ein Kilogramm zum Mond zu transportieren, kostet eine Million Euro. Doch auch auf dem Mond gibt es Ressourcen, die sich nutzen lassen. Ein Forschungsteam um Dr. Felix Lang, Universität Potsdam, und Dr. Stefan Linke, Technische Universität Berlin, haben nun das benötigte Glas aus „Mondstaub“ (Regolith) hergestellt und mit Perowskit beschichtet. Damit ließe sich bis zu 99 Prozent des Gewichts einsparen, um auf dem Mond PV-Module zu produzieren. Die Strahlenhärte konnte das Team am Protonenbeschleuniger des HZB getestet.