Zukünftig können Substanzen mithilfe miniaturisierter Geräte auf Basis von Metalinsen identifiziert werden – ein Photonikprojekt ebnet den Weg für nachhaltige Messtechnologien in Industrie und Medizin.Pressemitteilung vom 25. November 2025
Ein von VTT geleitetes Forschungsprojekt entwickelt kompakte Technologien für die Spektralbildgebung und Gasmessung in Industrie und Medizin. Innovationen auf Basis der Photonik nutzen beispielsweise Infrarotlicht zur Gasidentifizierung. Dank neuer optischer MEMS-Lösungen lassen sich Instrumente und Sensoren einfacher und kostengünstiger aus leicht verfügbaren und ungiftigen Rohstoffen herstellen.Das EPheS -Projekt
(Efficient Photonics for Sustainable Imaging and Sensing) , an dem vier Pionierunternehmen und zwei Forschungsinstitute beteiligt sind, entwickelt abstimmbare optische Spektralfilter und darauf basierende Systeme. Diese Lösungen finden in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung, von der Umweltüberwachung (z. B. Detektion gefährlicher Gase) über Initiativen für grüne Energie bis hin zur Lebensmittel- und Arzneimittelsicherheit sowie der medizinischen Diagnostik (z. B. Gewebeanalyse).„Neuartige spektrale Bildgebungs- und Gasmesstechnologien sind unerlässlich für die Schaffung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft. Sie können genutzt werden, um den CO2-Fußabdruck verschiedener Branchen zu reduzieren und den CO2-Handabdruck, d. h. die positiven Umweltauswirkungen dieser Technologien, zu erhöhen“, sagt Aapo Varpula , Projektkoordinator und Forschungsteamleiter für medizinische Mikrosysteme bei VTT.Das Anfang 2025 gestartete, dreijährige Projekt ist Teil des
Chip-Zero-Ökosystems von Applied Materials. Weitere Projektpartner sind die Universität Tampere, Vaisala, Gasera und Schott Primoceler.„Unsere Zusammenarbeit hat einen fulminanten Start hingelegt. Wir befinden uns aktuell in der Designphase und werden um den Jahreswechsel mit der Komponentenfertigung im Reinraum von VTT für 200-mm-Wafer beginnen. Dies ist eine hervorragende Gelegenheit für VTT, neuartige Infrarotspektraltechnologien zu entwickeln und in neuen Anwendungen zu demonstrieren“, erklärt Varpula.
Metalinsen und MEMS-Technologie ermöglichen einen DurchbruchDas Projekt zeichnet sich weltweit durch die einzigartige Kombination von Fachkompetenz in den Bereichen Materialien, Metaoptik, MEMS
(mikroelektromechanische Systeme) und integrierte optische Systeme aus, die von seinen Partnern zusammengeführt wird.EPheS kombiniert Metalinsen und MEMS-basierte, einstellbare Infrarotfilter zu kompakten Systemen für die spektrale Detektion von Gasen und die hyperspektrale Bildgebung.„Metalinsen sind flache, nanostrukturierte Linsen, die herkömmliche Optiken ersetzen können. Dies ermöglicht die Herstellung einfacherer, leichterer und ressourcen- und kosteneffizienterer Systeme“, sagt Varpula.In Finnland findet die Metaoptik in industriellen Anwendungen noch selten Verwendung. Das Projekt nutzt neue Technologien im langwelligen Infrarotbereich (LWIR), die sowohl eine höhere Effizienz von Gassensoren als auch die Miniaturisierung von Systemen ermöglichen.Nachhaltigkeit wird in dem Projekt durch die ökologische Materialauswahl hervorgehoben. Silizium ist beispielsweise ungiftig und weit verbreitet, im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Infrarotmaterialien, die teuer, selten und giftig sind.
Gase können mit Infrarotlicht und akustischen Signalen nachgewiesen werden.Die entwickelten photonischen Technologien ermöglichen die Echtzeitanalyse von beispielsweise Gasen und Materialien mit hoher Empfindlichkeit. Dies kann ohne Störungen durch andere Gase mithilfe von Methoden wie der Photoakustik oder der Infrarotspektroskopie erreicht werden.Die Gassensoren und -instrumente verwenden mikrogefertigte, abstimmbare LWIR-Filter.„Bei der photoakustischen Methode wird Gas in eine Messkammer geleitet und mit Infrarotlicht bestrahlt. Wenn das Licht vom Gas absorbiert wird, erzeugt es ein akustisches Signal. Dies geschieht jedoch nur, wenn sich in der Kammer ein bestimmtes Gas befindet, auf dessen Wellenlänge die Infrarotstrahlung abgestimmt ist“, erklärt Varpula.Abstimmbare MEMS-Filter auf Fabry-Pérot-Interferometerbasis nutzen optische Membranen, die durch einen Luftspalt getrennt sind. Der aus einer dünnen Siliziummembran bestehende Schichtaufbau ermöglicht einen effizienten Betrieb im langwelligen Infrarotbereich (LWIR).Herkömmliche Lösungen sind teuer, groß und funktionieren jeweils nur für ein Gas. Neue, verstellbare Komponenten ermöglichen die Detektion einer Vielzahl von Gasen. Sie sind zudem kleiner und kostengünstiger und ermöglichen vielseitigere Gasmesssysteme.
