Hoe lasers de toekomst van materiaalanalyse herschrijven: VUB-onderzoek aan voorfront
Stel je voor dat je, net als in de populaire serie Casa de Papel, met een slimme techniek kunt controleren of geld echt of vervalst is. Raman-spectroscopie maakt dit mogelijk door een laser op het materiaal (hier dus bankbiljetten of munten) te richten, en het weerkaatste licht te analyseren. Wetenschappers kunnen de chemische samenstelling van het materiaal dan bepalen aan de hand van de eigenschappen van het weerkaatste licht. Voor de veiligheid en integriteit van ons geld is het van belang om snel te zien of een bankbiljet of munt van de juiste materialen is gemaakt. Raman-spectroscopie wordt daarom steeds vaker gebruikt in de strijd tegen vervalsingen. Dezelfde techniek kan bijvoorbeeld ook helpen om de houdbaarheid van vlees te bepalen. Door de veranderingen in de chemische samenstelling van vlees te analyseren, kan Raman-spectroscopie nauwkeurig de houdbaarheidsdatum vaststellen en zo bijdragen aan voedselveiligheid.
Elk materiaal of product heeft zo een eigen chemische handtekening, maar helaas bleken die chemische handtekeningen in het verleden wegens onverklaarbare redenen wel eens te verschillen van onderzoeksinstelling tot onderzoeksinstelling. Gelukkig heeft een baanbrekend Europees onderzoeksproject, CHARISMA (Characterization and HARmonization for Industrial Standardisation of advanced MAterials), gefinancierd door het Horizon 2020-programma van de Europese Unie, gezorgd voor grote vooruitgangen op het gebied van harmonisatie en standaardisatie van Raman-spectroscopie. Dit resulteert nu in een krachtige techniek voor materiaalanalyse.
Het project werd geleid door een consortium van Europese partners, met belangrijke bijdragen van de Materials Modelling Group (MMG) van professor Frederik Tielens, van de onderzoeksgroep Algemene Chemie (ALGC) aan de Vrije Universiteit Brussel. De MMG aan de VUB is een trekpaard in domein van simulatie en modelering van materialen. De methode bestaat in de chemie al decennia en is gegroeid tot een niet weg te denken methode in het huidige onderzoek.
“De expertise van onze groep op het gebied van materiaalsimulaties heeft gezorgd voor diepgaande inzichten in de spectroscopische eigenschappen van verschillende materialen, zoals het gedrag van nanomaterialen en hun interactie met licht.” Zegt professor Ionut Tranca van MMG.
“In het bijzonder konden we ook een unieke kwantum chemische berekeningsmethode op punt stellen om Raman spectra te berekenen in realistische omstandigheden.” voegt Professor Frederik Tielens toe.
“Raman-spectroscopie wordt gebruikt om de chemische samenstelling en structuur van materialen te bestuderen. Het CHARISMA-project richtte zich op het verbeteren van de nauwkeurigheid, reproduceerbaarheid en interoperabiliteit van Raman-data voor industriële en wetenschappelijke toepassingen. Met partners uit heel Europa, waaronder universiteiten, onderzoeksinstellingen en industriële spelers, hebben we meerdere van onze doelstellingen bereikt.” zegt Fileto Rodriguez, die zijn doctoraatstudie uitvoerde in het kader van het project.
Harmonisatie en standaardisatie: De consortiumpartners hebben richtlijnen en protocollen ontwikkeld om Raman-instrumenten te kalibreren en te harmoniseren. Dit heeft geleid tot de publicatie van twee CEN Workshop Agreements (CWA’s), die nu beschikbaar zijn als Europese standaarden.
Innovatieve software en databank: CHARISMA introduceerde open-source tools zoals de Ramanchada2-bibliotheek en een online Raman-databank die FAIR-principes volgt. Deze nieuwe tools ondersteunen gebruikers bij dataverwerking en analyses via lokale en cloudoplossingen.
Industriële toepassingen: Het project demonstreerde de waarde van Raman-spectroscopie in praktijkvoorbeelden, zoals voedselverpakking met antimicrobiële eigenschappen en de ontwikkeling van milieuvriendelijke pigmenten voor polymeren.
“Dankzij CHARISMA kunnen we nu niet alleen betrouwbaardere data genereren, maar ook de industriële adoptie van Raman-spectroscopie versnellen. Het project benadrukt de kracht van Europese samenwerking in wetenschap en innovatie.” Besluit professor Tielens.
Een belangrijk hoogtepunt was de organisatie van de CHARISMA Raman School in Rome, waar wetenschappers en industriële vertegenwoordigers werden opgeleid in de nieuwste standaarden en toepassingen van Raman-spectroscopie.
Met de afronding van het project zijn er gesprekken gestart om de standaarden verder te ontwikkelen tot internationale ISO-normen, waardoor de impact van CHARISMA wereldwijd zal worden versterkt.
Meer informatie:
Contact:
Frederik Tielens: frederik.tielens@vub.be tel +32 2 629 33 11
