Verfahren zur Herstellung von optischen Sensorfolien

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F R A U N H O F E R - E i nr i c h t un g f ü r M i k ro s y s t eme un d fe s t k ö r p er - Te c hno l o g i en E M F T
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1 Die Sensorfolie wechselt ihre
Farbe bei Verderb von Lebensmitteln wie Fleisch und Fisch
Verfahren zur Herstellung
von optischen Sensorfolien
2 Feinstrukturiert verdruckte Nanopartikel auf PEN-Folie
Einleitung
der optischen Eigenschaften des Indikators,
welche dann in Form von Farb- oder Fluo-
An der Fraunhofer-Einrichtung für
reszenzänderungen sichtbar, bzw. mess-
Mikrosysteme und Festkörper-Technologien
bar sind.
EMFT werden neuartige folienbasierte,
optische Sensorsysteme für den Einsatz
Herstellung von Sensorfolien
Fraunhofer-Einrichtung für
in Medizintechnik, Umweltanalytik,
Mikrosysteme und
im Life-Sciences Bereich und in der
Für die Herstellung von optischen Sensor-
Festkörper-Technologien EMFT
Prozesscharakterisierung entwickelt.
folien werden die Indikatorfarbstoffe mit
Hansastrasse 27 d
Die Sensorfolien ermöglichen die qualitative
verarbeitet. Dazu erfolgt vorab eine chemi-
80686 München
und quantitative Bestimmung neutraler und
sche Modifikation der Indikatoren zur Ein-
Telefon: +49 89 54 75 90
ionischer Analyte, wie zum Beispiel Kohlen-
stellung ihrer optimalen Löslichkeit im Poly-
Fax: +49 89 54 75 95 50
stoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Sauer-
mer oder zur Ermöglichung des chemisch
E-Mail: contact@emft.fraunhofer.de
stoff, Saccharide, Alkohole, Amine, Na+,
stabilen Anbindens des Indikators an die
Ca oder pH-Wert. Die Sensorfolien ba-
Polymermatrix.
geeigneten Polymeren zu Druckmedien
2+
sieren auf der Verwendung on AbsorptionsProjektleiterin
oder Fluoreszenzindikatoren. Die Indika-
Die Auswahl der Polymere erfolgt im Hin-
Dr. Sabine Trupp
toren sind dazu mit entsprechenden Rezep-
blick auf den geplanten Einsatzbereich der
Sabine.Trupp@emft.fraunhofer.de
torgruppen ausgerüstet, welche selektiv
Sensorfolie, unter Berücksichtigung von
und sensitiv mit ausgewählten Analyten
Faktoren wie zum Beispiel Analytdiffusion,
reagieren. Die Reaktion der Rezeptorgruppe
Migration, UV-Stabilität, Lager- und Einsatz-
mit dem Analyten verursacht Änderungen
stabilität, ggf. Lebensmitteltauglichkeit,
www.emft.fraunhofer.de
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2
und/oder Hautverträglichkeit. Zudem wird
Systeme zur parallelen Detektion ver-
Substanzen, wie z.B. Kohlenstoffmonoxid,
bei Auswahl der Komponenten der Kosten-
schiedener Analyte zu miniaturisieren.
im Umfeld hinweisen, oder die Kontami-
faktor berücksichtigt, wenn wöglich wer-
Zudem können mehrschichtige Systeme
nation mit aggressiven Chemikalien wie
den kommerziell erhältliche Polymere und
aufgebaut werden, um z. B. auf der
Säuren oder Basen anzeigen. Sensorfolien,
Trägermaterialien verwendet.
Sensorschicht eine zusätzliche Sperrschicht
die in die Verpackung von Lebensmitteln
1
2 Moleküle
anzuordnen, die für bestimmte
integriert werden, können den Frischezu-
Neben dem direkten Einbringen von Indika-
undurchlässig ist. Mit dem Tintenstrahl-
stand der Ware anzeigen. Der Nachweis
torfarbstoffen in Polymermaterialien, kann
drucker und dem Mikrodispenser, die
von Zerfallsprodukten, die beim Verderb
auch vorab eine Anbindung der Indikator-
insbesondere in der Medizintechnik ein-
der verpackten Lebensmittel entstehen,
en an Nano- oder Mikropartikel erfolgen.
gesetzt werden, können Tropfen im Pico-
kann konzentrationsabhängig von den
Werden solche Sensor-Partikel synthetisch
und Nanoliter-Maßstab zielgenau auf
Sensormaterialien in Form von Farb- oder
aufgebaut, können z. B. über Kern-Hülle-
Substratoberflächen appliziert werden.
Fluoreszenzänderungen sichtbar gemacht
Systeme mehrere Funktionen kombiniert
Die nach dieser Methode generierten
werden. Dadurch ergibt sich für alle Be-
und Eigenschaften, wie Hydrophilie/
Sensorspots verfügen über eine kons-
teiligten der Handelskette bis hin zum End-
Hydrophobie oder Polarität, gesteuert
tante Qualität und gewährleisten somit
verbraucher die Möglichkeit zur Kontrolle
werden. Fluoreszenz-Sensor-Partikel kön-
die Reproduzierbarkeit quantitativer Analyt-
des tatsächlichen Frischezustandes der
nen z. B. im Kern einen Referenzfarbstoff
bestimmungen. Die Verarbeitung indika-
Ware und zum entsprechenden Umgang
und in der Hülle oder auf ihrer Oberfläche
torhaltiger Druckmedien mit den Rolle-
damit. Werden entsprechende Sensor-
einen Indikator tragen. Mit solchen Sys-
zu-Rolle Fabrikationstechniken ermög-
materialien durch Beschichtung auf Ober-
temen werden geräteunabhängige, ratio-
licht eine zuverlässige, kostengünstige
flächen von Fahrzeugen oder Maschinen
metrische Fluoreszenzmessungen ermög-
Herstellung folienbasierter Sensoren.
aufgebracht, ist das 3D-Imaging physika-
licht.
lischer Größen wie Druck und Temperatur
Anwendungsgebiete
möglich.
haltiger Druckmedien auf Foliensubstrate
Optische Sensorfolien sind vielseitig ein-
In der Fraunhofer EMFT wurden optische
(z.B. PET, PEN) entwickelt. Die Herstellung
setzbar und werden beispielsweise in Form
Messmodule entwickelt und auf die Eigen-
der Sensorfolien erfolgt durch Tintenstrahl-
von Teststreifen in der medizinischen Diag-
schaften der Sensormaterialien abgestimmt.
oder Siebdruckverfahren, Dispensen, Web-
nostik, Biotechnologie, Umweltanalytik
Diese Module ermöglichen neben der Be-
Coaten oder Beschichtung durch Aufsprüh-
und Prozesscharakterisierung angewandt.
wertung der optischen Signale auch eine
en. Durch den Transfer dieser Verfahren
Auch bei der Produktauthentifizierung
Speicherung und Übertragung der Mess-
auf vorhandene Rolle-zu-Rolle Technolo-
kommen sie, beispielsweise durch die
daten.
gien ist auch die Herstellung großflächig
Integration fluoreszierender Indikatoren
bedruckter Sensorfolien möglich. Auf
in Produktionsgüter, zum Einsatz. Ein
diese Weise können indikatorhaltige
großes Potential besitzen die Sensor-
Druckmedien wahlweise großflächig mit
materialien im Bereich der Textilindustrie.
gleichbleibender Schichtdicke oder in
Folienstreifen, die in Textilien (z.B. Schutz-
3 pH-sensitive Indikatorenarray auf Folie
feinstrukturierten Pattern auf Folien auf-
handschuhe, Laborkleidung oder Schutz-
4 Gedruckte pH-sensitive Indikatorfarbstoffe
gebracht werden. Eine feine Strukturierung
anzüge) integriert sind, können zum
auf Foliensubstrat
bietet die Möglichkeit, Sensor-Array-
Beispiel durch Farbänderung auf giftige
An der Fraunhofer EMFT werden verschiedene Verfahren zum Aufbringen indikator-
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