SpinMagIC将量子传感器缩至手掌大小，用于食品质量检测
2024-12-10 15:41:23   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

当食物变质时，会产生高度活性分子，即所谓的自由基。食品工业必须竭尽全力检测这些分子，或者使用化学方法，或者使用唯一的直接方法——即电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance，EPR）。电子顺磁共振是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术，可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性。对于自由基而言，轨道磁矩几乎不起作用，总磁矩的绝大部分（99%以上）的贡献来自电子自旋，所以电子顺磁共振亦称“电子自旋共振”（ESR）。但是，传统的电子顺磁共振仪器采用电磁铁，不能用电池供电，而且购买和操作费用都很昂贵。

据麦姆斯咨询报道，从德国斯图加特大学（University of Stuttgart）独立出来运营的初创公司SpinMagIC正在开发一种用于测量食品保质期的量子传感器，该量子传感器仅有手掌大小。

SpinMagIC开发的量子传感器采用一颗微型芯片和轻量化3D打印磁铁来检测自由基，是传统的“笨重”电子自旋共振设备的经济型替代品。

除了食品质量检测，SpinMagIC量子传感技术还有望应用于电池监测、药品测试和环境污染测量等。

手掌上方左边是一块永磁铁，旁边是一块绿色电路板（PCB），上面有一颗集成微型芯片量子传感器（EPRoC，片上EPR）。

SpinMagIC旨在利用这种小到可以放在手掌中的量子传感器，变革食品保质期和其它关键特性的测量方法。SpinMagIC已获得德国联邦经济和气候保护部（BMWK）下属EXIST研究转让计划的资助。这笔资金将为该团队提供为期两年的资金支持，以开发量子传感技术并将其推向市场。

应用广泛的紧凑型量子传感器

SpinMagIC的量子传感技术利用电子自旋共振来检测自由基——具有未配对电子的活性分子，在食品分解和其它化学过程中发挥着重要作用。传统的电子自旋共振设备体积庞大，重量超过一吨，价格高达数十万欧元，限制了其广泛应用。

“我们微型化的量子传感器技术已经整装待发。”德国斯图加特大学智能传感器研究所研究团队负责人Jens Anders教授表示，“现在，我们需要全力将量子传感器推向市场。”

SpinMagIC创新的核心在于量子传感器微型化。新系统无需依赖笨重的设备，而是采用一颗不超过一平方毫米的微型芯片，并集成了高频电路元件。其中，利用3D打印技术制造的轻量化磁铁仅重40克，可提供必要的磁场。这些组件结合在一起，为测量液体中的自由基提供了一种小巧便携、经济高效的方法。

工作原理

SpinMagIC开发的量子传感器既可以直接浸入液体样品中，也可以连接到将样品输送到芯片上的微泵。然后，该装置会激发样品中的未配对电子，并检测其量子响应（与自由基的数量相关）。检测结果会立即显示出来，为评估产品质量提供了一种简单、快速、可靠的方法。

其研究小组的物理学家Belal Alnajjar表示：“这种轻型磁铁非常精确，磁环的选择确保了磁场的高度均匀性，其设计能够在不影响功能的情况下最大限度地减轻重量。”

从实验室走向市场

SpinMagIC团队包括来自德国斯图加特和柏林的研究人员，结合了工程、物理和商业方面的专业知识。在斯图加特，Jens Anders教授的博士研究员Alnajjar和Anh Chu专注于开发核心技术，包括磁铁、微型芯片和电路板。在柏林，博士研究员Michele Segantini利用其在食品行业的关系，致力于橄榄油质量评估等应用。SpinMagIC团队的业务负责人Jakob Fitschen管理财务和经营。

这家初创公司的名称“SpinMagIC”反映了其量子传感器的核心组成：“Spin”代表电子自旋，“Mag”代表磁场，“IC”代表集成电路。

Chu说：“我们的量子传感器体积小巧，价格低廉，测量精度极高。”

食品以外的更广泛潜力

SpinMagIC最初聚焦的是食品保质期应用，但其技术具有深远的意义。它可以用于测量充电电池的状态、监测空气和水污染，以及改进化学制造中的催化过程。在制药领域的应用也指日可待。

“未来两年，BMWK将为我们提供固定预算。”Chu说，“但我们也欢迎风险投资公司和私人投资者。”

虽然SpinMagIC的量子传感器还没有微型化到能集成进入智能手表等可穿戴设备，但是，研究人员的长期计划是要让它进一步小型化。该团队相信，其经济实惠的精确测量技术会在两年内吸引很多试点客户。

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