Prozessüberwachung soll neue Produktentwicklungen ankurbeln
NP sind allgegenwärtig geworden und werden in zahlreichen Bereichen verwendet, von Beschichtungen und Elektronik bis hin zu Biomedizin und Energie. Während Nanotechnologie und neue Produktentwicklungen ein exponentielles Wachstum erfahren, hinkt die Prozessüberwachungstechnologie hinterher. Die Inline-Überwachung von Nanomaterialien (NM) in Echtzeit während des Fertigungsprozesses ist derzeit nicht möglich, trotz der Fülle an Charakterisierungs-Tools und -Techniken, die der Offline-Analyse im Labor zur Verfügung stehen. Ein neuartiges System, das von den Wissenschaftlern des EU-finanzierten Projekts "In-line characterisation of nanoparticles using a combination of analytical techniques in real time" (IN-SIGHT) entwickelt wurde, verspricht, diese Lücke zu füllen. Die IN-SIGHT-Plattform wird die chemische Zusammensetzung und Struktur von NP sowie deren Anzahl, Größe, Form und Beweglichkeit während des gesamten Herstellungsprozesses analysieren. Dieser besteht aus Percursor, NP, Einarbeitung in eine neuartige Formulierung und dem fertigen Produkt. Des Weiteren wird sie zu Offline-, Online- und Inline-Analysen in der Lage sein. Die Wissenschaftler haben zwei verschiedene Technologien zur Bestimmung von Form und Beweglichkeit der NP entwickelt. Die erste setzt ein optisches Mikroskop mit einer mikrofluidischen Durchflusszelle ein, die zweite eine modifizierte laserlichtstreuende Mikroskopie-Technik mit einem automatisierten Liquid-Handling-System. Bewährte Spektroskopie-Techniken kamen zum Einsatz, um die Struktur und Zusammensetzung von NP in Flüssigkeiten zu bestimmen. Der Aufbau ermittelte eine Reihe von Nanopartikeln von etwa 5 Nanometern Größe, und beschrieb ihre chemische Zusammensetzung einschließlich Dotierungskonzentrationen (die Menge von anderen vorhandenen Verbindungen) und die Verhältnisse zwischen Kern und Hülle (von Verbindungen, die aus einer Hülle bestehen, die ein anderes Kernmaterial umgibt). Die Forscher nutzten Ultraschallspektroskopie, mit der inzwischen die Größe und Verteilung von unter einem Mikrometer großen Siliziumdioxid-Partikeln in Wasser gemessen, sowie die Anzahl und Größe der NP in Partikel-Dispersionen bestimmt werden kann. Abschließend entwickeln die Wissenschaftler einen Rahmen zur Datenanalyse, in dem mehrere Messungen aller Instrumente kombiniert werden, um einen optimalen Schätzwert der Eigenschaften zu erhalten. Im IN-SIGHT-Projekt werden Online- und Inline-Analyse-Tools zur NP-Verarbeitung entwickelt, die derzeit noch nicht existieren. Das System wird die Qualität, Einheitlichkeit und Ausbeute der NM verbessern, und gleichzeitig die schnellere Entwicklung neuer Produkte und Konzepte fördern. Kurzgefasst bedeutet das System einen wesentlichen Schritt nach vorn für die Wettbewerbsposition der europäischen Hersteller und die EU-Wirtschaft als Ganzes.
