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Light-induced stimulation of nanoparticles for detection and characterization in real life environments

Applicant Geers Christoph
Number 180265
Funding scheme Bridge - Proof of Concept
Research institution Adolphe Merkle Institute Université de Fribourg
Institution of higher education University of Fribourg - FR
Main discipline Other disciplines of Engineering Sciences
Start/End 01.06.2018 - 31.05.2019
Approved amount 129'991.00
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Keywords (6)

Characterization; Nanoparticles; Light; Imaging; Analytics; Detection

Lay Summary (German)

Eine Vielzahl an Produkten auf dem Markt enthalten künstlich hergestellte Nanopartikel (z.B. Elektronikbauteile, Kosmetikprodukte, Textilien oder Medizinprodukte). Diese Nanopartikel sind fünf- bis fünfzigtausendfach kleiner als ein menschliches Haar. Die Detektion und Analyse dieser Nanopartikel im Produktionsprozess (von der Herstellung bis zur Anwendung im Endprodukt) ist wichtig für die Produktqualität. Darüber hinaus verabschiedet die Europäische Union zur Risikoabschätzung zunehmend Richtlinien, welche die Deklaration von Nanopartikeln im Produkt fordern. Dies stellt viele Hersteller vor Probleme, da aktuell genutzte Methoden zur Detektion und Analyse von Nanopartikeln meist kostenintensiv sind und Limitationen aufweisen, beispielsweise in Bezug auf die Materialspezifität der Nanopartikel oder die Notwendigkeit komplizierter Probenaufbereitung.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Wir haben eine neue Technologie zur Detektion und Analyse von Nanopartikeln in flüssigen und festen Proben entwickelt. Diese bietet eine kostengünstige Alternative zum Stand der Technik für die Analyse von Nanopartikeln.

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Pilotinstruments zur Nanopartikel-Analyse. Dieses Pilotinstrument wird es erlauben, das Messinstrument mittels Kundenfeedback fertigzustellen und zu optimieren um eine erste Kleinserie zu produzieren.


Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Diese neu entwickelte Technologie wird es den Herstellern von Nanopartikeln und Produkten, die Nanopartikel enthalten, vereinfachen, die Richtlinien im Zusammenhang mit der Deklaration von Nanopartikeln einzuhalten.



Charakterisierung, Nanopartikel, Licht, Bildgebung, Analyse, Detektion

Direct link to Lay Summary Last update: 16.03.2018

Responsible applicant and co-applicants



Nanoparticles (NPs) are increasingly used in a wide variety of applications. The characterization of NPs before application and their detection in the final product is of great importance for producers of NP containing products. Only a well-implemented testing scheme can guarantee that NPs are produced to their specifications, that their properties are not unintentionally altered during further processing and that they are present in the desired number, form and distribution to fulfill the expected function. The availability of cost-effective routine characterization is also mandatory in the context of NPs duty of declaration, workers safety, quality insurance and environmental protection. The methods used to date to detect and characterize NPs involve highly sophisticated instrumentation using high-vacuum, electron-, x-ray or laser beams and complicated sample preparation. This leads to a high price tag for analyzing NPs and NP containing samples, due to a combination of high investment costs and the need for trained specialists for machine operation and sample analysis. Moreover, the methods used to detect and characterize NP containing materials are often limited to specific types of NPs, only allow for observing a small fraction of the whole sample or even require labelling of NPs with dye molecules. We have developed a new method, which offers an alternative to the state-of-the-art and provides a cost-effective tool that holds the promise to create a significant added value for our future customers. The method is based on a homogeneous Light stimulation source to detect and analyze NPs by the heat they produce in complex environments by using Lock-in thermography (LIT), a highly sensitive infrared imaging technique. This novel method allows for high throughput analysis of large sample areas, without requiring complicated sample preparation or data treatment. The technology can provide information about particle dissolution or aggregation in complex fluids, localization and quantification of NPs in cells, tissues and complex formulations, like composite materials or creams. In particular, the ability to directly analyze NPs in their application environment, will offer our customers relevant information necessary to develop, control and improve their products. The next steps will be the development of a first working prototype in order to install pilot devices within the working environment of our lead customers. This will allow our customers to test our method on their samples and to get their valuable feedback. In parallel, we will offer a measurement service to additional customers in order to prove the utility of our method in a broad range of test cases. Based on this, we will refine our market evaluation and adapt our offerings.