Das Jahr 2015 – von der UN-Generalversammlung als «Internationales Jahr des Lichts und der lichtbasierten Technologien» ausgerufen – soll an die Bedeutung von Licht als elementare Lebensgrundlage für Menschen, Tiere und Pflanzen und daher auch als zentraler Bestandteil von Wissenschaft und Kultur erinnern. Die Empa stellt daher am 10. Swiss Innovation Forum drei Projekte vor, die auf lichtbasierten Technologien basieren.

Leuchtende Feststoffe für Licht im Dunkeln

Ob auf Zifferblättern oder auf Notausgangstafeln – leuchtende Materialien haben einen festen Platz in unserer Welt. Vor rund 100 Jahren war es noch radioaktives Radium, das den Leuchtpigmenten beigemischt wurde und die Uhrzeiger im Dunkeln leuchten liess. Später wurde Radium dann durch schwächer strahlendes Tritium ersetzt. Seit 1998 kommen leuchtende Feststoffe ohne Radioaktivität als nachleuchtende Pigmente zum Einsatz. Diese werden seither permanent verbessert mit dem Ziel, sie heller, länger und vor allem weisser leuchten zu lassen. Die Empa hat nun im Rahmen eines von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) unterstützen Projekts zusammen mit der Universität Genf und Industriepartnern eine neue Generationen dieser Stoffe entwickelt. Den Forschenden gelang es, die Charakteristiken von Leuchtdauer und Lichtfarbe zu verbessern. Die inzwischen patentierte Innovation wird am SIF vorgestellt.

Licht statt Spritze – Blutzuckermessung ganz ohne Blutentnahme

Die Empa und das Universitätsspital Zürich haben gemeinsam einen Sensor entwickelt, der den Blutzucker von Patientinnen und Patienten durch Hautkontakt misst, ohne dass dabei eine Blutentnahme nötig ist, nicht einmal zur Kalibrierung des Sensors. Eingesetzt werden soll der Sensor namens «Glucolight» zunächst bei Frühgeborenen, um eine Unterzuckerung und daraus folgende Hirnschäden zu vermeiden. Der Sensor enthält eine «smarte» Membran, die mit UV-Licht aktiviert und durchlässig wird. Glukosemoleküle können dann relativ leicht von der Haut durch die Membran diffundieren und mittels des Sensors gemessen werden.

Licht im Chip

Normalerweise arbeiten Mikrochips und Sensoren mit winzig kleinen Strömen. Die gewünschten Funktionen werden durch kleinste Feldeffekt-Transistoren erzeugt, die die Ströme – je nach Funktion – umschalten, in die gewünschte Richtung lenken, filtern oder speichern. In den neuesten Bauelementen der Sensorik und Telekommunikation wird oft Licht statt Strom verwendet. Ein Beispiel ist ein neuartiges Kamera-Pixel, mit dem Licht flexibel auf seine Farbbestandteile untersucht werden kann (siehe Illustration). In ein optisches Trägermaterial ist ein Lichtleiter eingebettet, an dessen Ende sich ein im Abstand verstellbarer Spiegel befindet. Auf der Trägerplatte wurden in präzise berechneten Dimensionen Nano-Goldstäbchen abgeschieden. Je nachdem, wie diese vom Lichtstrahl getroffen werden, wird das Licht an ihnen mehr oder weniger gestreut. Das Licht tritt dabei nach oben aus. Verändert man nun den Spiegelabstand am Ende der Vorrichtung, so entstehen an den Goldbalken entsprechend variabel Überlagerungen aus zufliessendem und reflektiertem Licht, so genannte Interferenzen. Diese erzeugen an den Goldstäbchen ein für die im Lichtstrahl enthaltenen Farben charakteristisches Muster, aus dem sich zusammen mit dem Spiegelabstand die Farbbestandteile errechnen lassen. Ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen, darunter die Empa, erarbeitet neue und zukunftsweisende Lösungen auf diesen und verwandten Gebieten.

Bilder können heruntergeladen werden unter https://flic.kr/s/aHskm2aSKF

Die Empa am Swiss Innovation Forum - Licht bringt Innovationen zum Strahlen