Stellen Sie sich vor, Sie wüssten, welche Beeren oder Pilze man während einer Wanderung bedenkenlos essen kann oder Sie könnten im Krankenhaus schnell Krankheitserreger erkennen, deren Identifizierung normalerweise Tage dauern würde.
Die Identifizierung und Erkennung von Arzneimitteln, Chemikalien und biologischen Molekülen, die für das menschliche Auge unsichtbar sind, kann durch die kombinierte Technologie einer Mobiltelefonkamera und eines Raman-Spektrometers – einer leistungsstarken chemischen Laseranalysemethode – ermöglicht werden.
Dr. Peter Rentzepis, Professor an der Fakultät für Elektro- und Computertechnik der Texas A&M University, besitzt ein Patent für ein tragbares Raman-Spektrometersystem auf Mobiltelefonbasis. Rentzepis‘ Erfindung ermöglicht dem Benutzer die nichtinvasive Identifizierung potenziell gefährlicher Chemikalien oder Materialien vor Ort, insbesondere in abgelegenen Gebieten, in denen Laborspektrometer aufgrund ihrer Größe und ihres Stromverbrauchs nicht eingesetzt werden können.
Dieses neue Raman-Spektrometersystem integriert Linsen, einen Diodenlaser und ein Beugungsgitter – eine kleine dünne quadratische Oberfläche, die Licht zur Analyse streut – in Kombination mit einer Handykamera zur Aufzeichnung des Raman-Spektrums. Die Spitzen im Spektrum liefern je nach Intensität und Position detaillierte Daten über die chemische Zusammensetzung und Molekularstruktur einer Substanz.
Um das Gerät zu verwenden, wird ein Mobiltelefon mit der Kamera auf das Gitter gerichtet hinter das Transmissionsgitter gelegt, um das Raman-Spektrum aufzuzeichnen. Ein Laser schießt einen Strahl in eine Probe unbekannten Materials, beispielsweise ein Bakterium, auf einem Objektträger. Die Kamera zeichnet das Spektrum auf, und in Verbindung mit einer geeigneten Mobiltelefonanwendung/Datenbank kann dieses Handgerät eine schnelle Materialidentifizierung vor Ort ermöglichen.
Bisher war für die Identifizierung unbekannter Substanzen die Entnahme umfangreicher Proben biologischen Materials und eine Laboranalyse erforderlich, die mehrere Stunden oder sogar Tage dauern konnte. Während herkömmliche Raman-Spektrometer bis zu Tausenden von Dollar kosten, kann Rentzepis‘ Erfindung zu deutlich geringeren Kosten hergestellt werden und ermöglicht die Identifizierung von Materialien mit deutlich höherer Geschwindigkeit.
„Es ist ein kleines Gerät, das Ihnen die Zusammensetzung eines bestimmten Systems, Materials oder einer Probe mitteilen kann“, sagte Rentzepis. „Sie können es sogar in Ihrer Tasche tragen.“
Zu den Miterfindern gehören die ehemaligen Doktoranden Dr. Dinesh Dhankhar, Systemingenieur bei Thermo Fisher Scientific, und Anushka Nagpal, Prozessingenieurin bei Intel Corporation.