Terafood project - vijfde newsflash

What happens in the cleanroom… innoveert ons voedselverpakkingssysteem!

Onze supermarkten zijn dagelijks gevuld met lekkere en verse voedingsproducten dankzij continue innovaties in de agrovoedingsindustrie. Voor producten die snel bederven – denk aan zeevruchten, vis, vlees, verse groenten, enz. – worden echter de ‘ten minste houdbaar tot’ en de ‘te gebruiken tot’ datum zo kort mogelijk gehouden om publieke gezondheidsrisico te minimaliseren. Helaas leidt dit ertoe dat perfect eetbaar voedsel af en toe toch in de vuilbak belandt.

Het Terafood project wil dit probleem aanpakken door een ultragevoelige voedselverpakkingssensor te ontwikkelen die de versheid van een product in real time kan meten zonder de beschermende atmosfeer van de voedingsverpakking te verbreken. Om dit te doen hebben de Franse en Belgische Terafood partners een methode gecreëerd die berust op de interactie van de productomgeving met terahertz (THz) licht. Een voedingsproduct dat bederft zal karakteristieke aromatische componenten en gassen produceren, beter gekend als Volatiele Organische Componenten of VOC’s. Elk van die moleculen absorbeert THz licht op een specifieke manier, wat ons toelaat om een chemische vingerafdruk van de gassen in de verpakking te meten. Dit is een unieke eigenschap van THz licht: de mogelijkheid om doorheen verpakkingsmaterialen te kijken en tegelijkertijd zeer specifieke moleculaire absorptie te vertonen.

Een van de grote uitdagingen om deze methode te kunnen gebruiken in een verpakkingssensor bestaat erin om deze kleine interactie detecteerbaar te maken. Terahertz licht bevat relatief weinig energie, wat positief is omdat het voorkomt dat het licht het voedselmateriaal zou afbreken (zoals bij X-rays het geval is), maar wat negatief is omdat het niet krachtig genoeg is om gedetecteerd te worden door een optische sensor. Hiervoor is micro fabricering nodig.

Een unieke kijk in de cleanroom en het microfabricatie centrum bij IEMN (gedeeld CNRS onderzoekslabo)

Na een jaar ontwikkelen is het consortium erin geslaagd een platform van verschillende structuren samen te brengen op een enkele silicone chip, kleiner dan een duizendste van een millimeter. Die structuren worden vervolgens zeer precies en efficiënt gelinkt, zodat al het licht dat van een THz lichtbron komt met beperkt verlies verzameld en geleid kan worden naar een analysezone, waar de interactie met de atmosfeer plaatsvindt en een groot deel van de optische kracht geconcentreerd wordt. Op die manier wordt deze minuscule chip een complete sensor die een gevoelige en correcte analyse van z’n omgeving toelaat. Een deel van deze microgefabriceerde sensor werkt als een kleine microfoon (slechts een honderdste van een vierkante millimeter!) die de vibraties versterkt van de gasmolecules die het THz licht geabsorbeerd hebben. Deze microfoon genereert dan een elektrisch signaal dat dient als een readout voor de sensor.

Dit alles is enkel mogelijk dankzij het gebruik van fotolithografische technieken en plasmagravuren, technieken uit de micro-elektronische industrie. Deze methodes zijn enkel realiseerbaar in een extreem nette omgeving, de cleanroom genoemd. De industriële partner van het project – Vmicro – gebruikt haar materiaal in de cleanroom van het Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology (IEMN), op de wetenschapscampus van de Université de Lille.

De partners hebben nu een modulair platform om sensors te maken en te optimaliseren volgens de specifieke noden van de voedingsverpakkingsindustrie. Dit platform heeft het mogelijk gemaakt om reeds twee generaties prototypes te maken. Dankzij deze prototypes konden de partners bewijzen dat THz licht weldegelijk gevangen kan worden in een klein volume (in de orde van 0,001 mm³) zonder iets van z’n kracht te verliezen. Deze kleine ‘vang’-gaatjes zijn zichtbaar in kader C van de foto’s hieronder. In een volgende stap zullen deze gaatjes bedekt worden met een erg dun microfoon membraan om de principes van de sensor te vervolledigen. Zo zijn de Terafood partners er nu dus erg dichtbij om “te luisteren naar de versheid van je eten”!

A: Silicium wafer bestaande uit verschillende prototypes. B: Sensoren losgemaakt uit het substraat en klaar voor gebruik.
C: Close-up van de resonatoren in de sensoren, de gaatjes hebben een diameter van 50 µm en zijn vervaardigd met een precisie in de orde van een micrometer (1 duizendste van een millimeter).

Bron en meer info:

  • Meer informatie over het project is beschikbaar op: https://terafood.iemn.fr
  • Indien u meer info over het project wenst, aarzel dan niet om de projectcoördinator te contacteren: Mathias Vanwolleghem – vanwolleghem@iemn.univ-lille1.fr
  • Als u interesse hebt om lid te worden van de adviesraad, aarzel dan niet om contact op te nemen met Sofie Verdoodt – verdoodt@ugent.be

Met de steun van het Europese Fonds voor Regionale Ontwikkeling en de provincie Oost-Vlaanderen.