Ein Teststreifen verfärbt sich, ein Sensor liest das Licht aus und eine Elektronik verarbeitet die Messwerte: Diesen Schritt will das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS auf der electronica in München zeigen. Für die Vorführung nutzt es nanoSPECTRAL, ein Spektrometer im Chipformat. Die Messe beginnt am 10. November und läuft bis zum 13. November 2026.
Der Sensor betrachtet Licht in vielen einzelnen Wellenlängenbereichen. So lässt sich genauer beschreiben, welche Anteile eines Lichtspektrums einen Gegenstand erreichen oder von ihm zurückkommen. Fraunhofer kündigt für das Messeexponat 320 Kanäle vom sichtbaren bis zum nahen infraroten Bereich an. Das Institut nennt das digitale Auslesen von Teststreifen als Beispiel. Welche Streifen bei der Vorführung verwendet werden und wie genau die Auswertung arbeitet, geht aus der Ankündigung nicht hervor.
Viele Filter auf kleinem Raum
Ein Spektrum zerlegt Licht nach Wellenlänge. Das Auge nimmt einen Teil davon als Farben wahr; nahes Infrarot liegt außerhalb des sichtbaren Bereichs. Unterschiedliche Materialien und Farbstoffe lassen verschiedene Anteile des Lichts durch oder werfen sie zurück. Ein Sensor kann diese Verteilung erfassen und als Daten bereitstellen.
Für eine solche Messung braucht es Filter und lichtempfindliche Elemente. Die Filter wählen jeweils einen Bereich aus; Photodioden wandeln das einfallende Licht in elektrische Signale um. Vergleicht die Auswertung die Signale aus vielen Bereichen, entsteht ein Bild der spektralen Verteilung. Das Ergebnis hängt dabei vom gesamten Messaufbau und der jeweiligen Anwendung ab.
Die Besonderheit des Fraunhofer-Ansatzes liegt in der Herstellung: Winzige Strukturen in dünnen Metallschichten übernehmen die Filterfunktion. Sie werden direkt in einem CMOS-Halbleiterprozess gefertigt, also einem Verfahren zur Herstellung elektronischer Schaltungen. Filter, Photodioden und Teile der Signalverarbeitung lassen sich so auf einem Chip verbinden. Zusätzliche aufgebrachte optische Filterschichten sind für diesen Ansatz laut Institut nicht nötig.
Vom Sensor zum Testgerät
Der Chip allein ist noch kein fertiges Testgerät. Ein Gerät muss das Licht zur Probe und anschließend zum Sensor führen; seine Software muss die Signale passend zur jeweiligen Aufgabe auswerten. Ein Teststreifen kann dabei etwa in Reflexion betrachtet werden, also anhand des zurückgeworfenen Lichts. Die Grafik zeigt dagegen schematisch eine Messung mit Licht, das eine Probe durchläuft. Fraunhofer nennt beide Messarten für den Chip.
Der Messeauftritt ist ein aktueller Einblick in eine bereits bestehende Technik. Das Institut stellte ein Spektrometer im Chipformat bereits 2024 vor und gab dessen Größe damals mit 2,3 mal 3,4 Millimetern an. Für Unternehmen waren Muster und Evaluierungskits auf Anfrage erhältlich. Die damals genannten Kanalzahlen beziehen sich auf diese frühere Beschreibung und sollten nicht mit den Angaben zum diesjährigen Messeauftritt vermischt werden.
Das Institut sieht mögliche Anwendungen unter anderem in der Lebensmittelanalytik und Medizintechnik. Aus der Ankündigung der Teststreifen-Vorführung lässt sich aber weder eine medizinische Zulassung noch die Genauigkeit eines konkreten Tests ableiten. Interessant ist zunächst der technische Schritt: Viele spektrale Filter und ihre Ausleseelektronik finden auf engem Raum zusammen.
Quellen
- Fraunhofer IIS: electronica 2026
- Fraunhofer IIS: nanoSPECTRAL: Multispektral- und Polarisationssensorik
- Fraunhofer IIS: nanoSPECTRAL-Chip, 24. Oktober 2024
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