17 Jan Lebensmittel mit verschränkten Photonen analysieren
Um festzustellen, ob bei Lebensmitteln die ausgewiesene geografische Herkunft stimmt, ob tatsächlich auf bestimmte Inhaltsstoffe wie Palmöl verzichtet wurde oder ob keine weiteren hinzugefügt wurden, lassen sich in Laboren Authentizitätsprüfungen durchführen. Bisher werden für diese Analysen kernmagnetische Resonanzspektroskopien (NMR) genutzt. Die NMR-Spektroskopie ermöglicht es, fast jede organische Substanz in einer bestimmten Probe eindeutig zu identifizieren. Die Analysen sind allerdings sehr teuer – die dafür benötigten Anlagen sind groß, komplex und kosten mehrere Millionen Euro.
Im BMBF-geförderten Projekt QSPEC soll nun ein alternatives Prüfverfahren entwickelt werden. „Wir erforschen ein Verfahren, welches es erlaubt mittels verschränkter Photonen die zu analysierende Substanz bei einer Wellenlänge zu messen und die daraus gewonnene Information bei einer anderen Wellenlänge zu detektieren“, erklärt Dr. Stephan Suckow, Leiter der Nanophotonik Gruppe bei Amo und Verbundkoordinator des Projekts. Zu den Projektpartner gehören außerdem das Laser Zentrum Hannover (LZH), die AG Photonische Quantentechnologien der Leibniz Universität Hannover (LUH), Toptica Photonics, Amotronics und das Deutsche Institut für Lebensmitteltechnik (DIL).
Spektroskopie mit Photonenpaaren
“Im ersten Schritt wird ein verschränktes Photonenpaar, bestehend aus einem langwelligen und einem kurzwelligen Photon erzeugt”, erläutert Suckow weiter. Das langwellige Photon interagiert nun mit der Probe und ändert dabei beispielsweise seine Phase. Dieses manipulierte Photonenpaar wird nun in einem weiteren Prozesse eingespeist, indem noch ein Photonenpaar erzeugt wird. Die im Paar enthaltenen Informationen werden durch Quanteninterferenz umgewandelt, sodass diese schlussendlich durch die Zählrate der kurzwelligen Photonen auslesbar werden. Die kurzwelligen Photonen seien als Träger der Information mit aktueller Technik besonders gut messbar, erklären die Wissenschaftler. Die Bandbreite der Photonenpaare mache es dabei möglich, die Probe spektral aufzulösen. „Die daraus entstehenden Spektren der einzelnen Lebensmittelproben sind dabei wie Fingerabdrücke“, erklärt Suckow „Wir können diese Fingerabdrücke dann mit anderen Referenzproben vergleichen und dadurch Rückschlüsse auf Inhaltsstoffe und geografische Charakteristika ziehen.“
Technische Entwicklungen der Partner
Integrierte, nanophotonischen Chips sind notwendig, um im Projekt QPSPEC ein kompaktes System für die Lebensmittelanalyse zu entwickeln. Bild: Amo
Notwendig für die Erzeugung der Quantenfrequenzkämme sind neuartige Laserstrahlquellen, die das LZH und Toptica für das Projekt entwickeln werden. Amo wird durch nanolithografische Methoden Chips erstellen, die die notwendige Technik auf kleinstem Raum unterbringt. Die für die Detektion notwendige ultraschnelle Elektronik wird Amotronics beisteuern. An der LUH sollen im Anschluss die einzelnen Komponenten zu einem System zusammengeführt werden, sodass das DIL die neue Methode testen und eine Referenzbibliothek aufbauen kann.
Weitere Informationen zum Projekt
Quelle und Bild: www.lzh.de
