Die TU Wien und das Spin-off Invisible-Light Labs haben eine Messtechnik auf Basis winziger Membranen und Infrarotstrahlen zur Marktreife entwickelt, die Umweltschadstoffe im Nano- und Pikogrammbereich in wenigen Minuten nachweist. Das Produkt EMILIE™ ist seit Kurzem kommerziell erhältlich; zwei aktuelle Fachpublikationen belegen die Leistungsfähigkeit gegenüber bisherigen Verfahren.
Grundlage ist das Schwingungsverhalten der Membran unter Infrarotbestrahlung: Partikel, die sich auf ihr ablagern, absorbieren bestimmte Wellenlängen, erwärmen sich und verändern das Schwingungsverhalten der Membran messbar. So lassen sich chemische Substanzen auch in kleinsten Mengen identifizieren – ohne die langen Probenahmezeiten herkömmlicher Filtermethoden.
Membran-Sensoren im Polareinsatz: chemische Aerosolanalyse in Echtzeit
Bisher mussten Filter für den Nachweis atmosphärischer Aerosole tage- oder wochenlang von Luft durchströmt werden. Die neue Methode liefert nach 15 bis 45 Minuten verwertbare Ergebnisse – eine 100-fach kürzere Probenahmezeit. Das ermöglicht kostengünstige Feldstudien zur chemischen Zusammensetzung von Luftpartikeln, die von urbanen Ballungsräumen bis in die Polarregionen reichen.
Prof. Julia Schmale vom Extreme Environments Research Laboratory (EERL) der EPFL in der Schweiz setzte die Technologie bereits in arktischen und antarktischen Regionen ein, um den Einfluss atmosphärischer Aerosole auf das Klima zu untersuchen. Die Sensoren sind dabei kompakt und transportabel genug, um an Fesselballons aufzusteigen und die vertikale Verteilung von Luftpartikeln sowie deren chemische Zusammensetzung zu erfassen. „Dank der hohen Empfindlichkeit unserer Methode kann Julia Schmales Team die chemische Zusammensetzung von Partikeln mit hoher zeitlicher Auflösung untersuchen“, erklärt Josiane P. Lafleur, Geschäftsführerin von Invisible-Light Labs. Was mit bisherigen Methoden praktisch unmöglich war – die Beobachtung kurzfristiger Veränderungen der chemischen Zusammensetzung von Aerosolpartikeln in verschiedenen Höhenlagen – wird damit zur Routine.
Kunststoffrückstände in 100 Nanoliter Probe erfasst
Die Leistungsfähigkeit der Methode zeigt sich auch in der Flüssigkeitsanalyse: Das Forschungsteam um Silvan Schmid an der TU Wien analysierte 100 Nanoliter Teewasser – etwa ein Tausendstel eines Tropfens. In dieser Probenmenge ließen sich nicht nur Teepartikel nachweisen, sondern auch Nylonrückstände aus dem Teebeutel selbst. Der Befund, veröffentlicht in „ACS Nano“, illustriert die Empfindlichkeit der Technik gegenüber Nanopartikeln in wässrigen Proben und ihren Nutzen für die Überwachung von Mikroplastikeinträgen.
Parallel dazu erschien in „Science Advances“ eine Studie zur Anwendung auf atmosphärische Aerosole. „Wir haben damit gezeigt, dass unsere Methode einen wichtigen Sprung nach vorne in der Umweltanalytik ermöglicht“, sagt Silvan Schmid, Leiter des Forschungsteams und Mitgründer von Invisible-Light Labs. Gemeinsam mit dem Spin-off will er die Kommerzialisierung der Technik weiter vorantreiben.
Originalpublikationen: M Surdu et al., Quantifying submicrometer atmospheric aerosol chemical composition using nanoelectromechanical Fourier transform infrared spectroscopy, Science Advances (2016). DOI: 10.1126/sciadv.aeb2254
J. Timarac-Popovic et al., Picogram-Level Nanoplastic Analysis with Nanoelectromechanical System Fourier Transform Infrared Spectroscopy: NEMS-FTIR, ACS NANO 20/14 (2026)
