Technologie

Standards für fluoreszierende Materialien

13.04.2021 - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung bietet als weltweit erstes Institut Referenzmaterialien an.

Fluoreszierende Materialien kommen in vielen Bereichen zum Einsatz: auf den Sicher­heits­codes von Geld­scheinen, in Plasma­bild­schirmen und in der medi­zi­nischen Diagnostik. Entscheidend dabei ist, dass die Materialien über einen langen Zeitraum intensiv leuchten. Zur Bewertung dieser Eigen­schaft benötigen Unter­nehmen zuver­lässig charakte­ri­sierte Referenz­materialien. Die Bundes­anstalt für Material­forschung und -prüfung bietet jetzt als erstes Institut weltweit solche Substanzen an. Mit ihnen wird es in Zukunft besser möglich sein, leuchtende Materialien zu vergleichen und die dazu erforder­lichen optischen Messgeräte zu validieren.

Fluoreszenz entsteht immer dann, wenn Substanzen, die von einer Lichtquelle angestrahlt werden, einen Teil der Photonen absorbieren und sie kurz darauf mit geringerer Energie wieder abgeben. Das ist der Grund, warum etwa Sicher­heits­streifen auf Warnwesten im Dunkeln leuchten. Zahl­reiche Substanzen können auf diese Weise zum Fluores­zieren gebracht werden: organische Farb­stoffe wie Indo­cyanin­grün, Metall­komplexe, beladene nano­meter­große Polymer­partikel oder auch Halb­leiter-Nano­kristalle.

Diese leuchtenden Materialien erfüllen viele wichtige Aufgaben, etwa in der medizi­nischen Diagnostik: Als Kontrast­mittel ermöglichen sie es, Erkrankungen des Augen­hinter­grunds recht­zeitig zu erkennen. Bei einer Operation erlauben sie es, Tumor­gewebe von gesunden Arealen zu unter­scheiden. Beim automa­ti­sierten Auslesen von PCR-Tests, der etwa für den Nachweis von SARS-CoV-2 genutzt wird, lässt sich mit ihrer Hilfe die Höhe der Viren­last bestimmen.

Fluoreszierende Substanzen sind auch in vielen Displays, in Auto­schein­werfen und in Photo­voltaik­anlagen enthalten. Für die herstellenden Unternehmen ist es wichtig, intensiv und beständig leuchtende Substanzen im geeignetem Wellen­längen­bereich einzu­setzen. Bei der Auswahl derartiger Materialien hilft es ihnen, deren Fluoreszenz­quanten­ausbeute genau zu kennen, also das Verhältnis zwischen der Anzahl der emit­tierten und der absorbierten Photonen.

Zur genauen Bestimmung der Fluoreszenz­quanten­ausbeute benötigt man gut charakte­ri­sierte Vergleichs­materialien. Schon 2014 forderte daher die Inter­national Electro­technical Commission, eine weltweit tätige Normungs­organi­sation für das Gebiet der Elektro­technik und Elektronik, entsprechende Referenz­materialien zu entwickeln für zuver­lässige Mess­verfahren zur Ermittlung dieser Schlüssel­größe.

„Wir waren aufgrund unserer lang­jährigen Expertise für diese Aufgabe prädes­ti­niert“, so Jutta Pauli, die seit vielen Jahren an der BAM auf diesem Gebiet arbeitet. „Die BAM besitzt dazu selbst entwickelte und rück­führ­bar kalibrierte Mess­aufbauten, die inter­national ein Allein­stellungs­merkmal sind, und hat umfang­reiche Erfahrungen in der Entwicklung von Fluoreszenz­standards und der Durch­führung von Fluoreszenz­quanten­ausbeute­messungen.

Unter der Leitung von Pauli, unter­stützt von ihrer Kollegin Ute Resch-Genger, setzte es sich ein inter­diszi­plinäres Team der BAM zum Ziel, Referenz­substanzen für das gesamte Spektrum des sicht­baren Lichts zu entwickeln und zu zerti­fi­zieren. Eine Heraus­forderung dabei war es, die Quanten­ausbeute der ausgewählten Substanzen sehr exakt zu bestimmen. Das erforderte unter anderem besonders ausgefeilte Kalibrier­prozeduren der verwendeten Mess­einrich­tungen. Jetzt liegen zwölf zerti­fi­zierte Referenz­materialien vor. Sie werden es zahl­reichen Unter­nehmen weltweit in Zukunft erlauben, neue fluores­zierende Materialien und ihre Messtechnik zuverlässig und vergleichbar zu charakte­ri­sieren.

BAM / RK

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