近日，斯图加特大学的衍生公司SpinMagIC正在开发一种手掌大小的量子传感器来测量食品的保质期，作为一家初创公司，这家从斯图加特大学分拆出来的公司将获得德国联邦经济和气候保护部（BMWK）的EXIST研究转移计划的资金。
“这种量子传感器技术的成功已经近在咫尺。现在我们只需要全力以赴地将其推向市场，“Jens Anders教授说。这正是四名年轻人正在努力的事情。他们的衍生公司SpinMagIC旨在使用量子传感器轻松测量产品的生命周期。其中两位 Belal Alnajjar 和 Anh Chu 是Anders教授的博士研究生，他们在斯图加特大学智能传感器研究所（IIS）的实验室工作。另外两名 - 物理学博士研究生Michele Segantini和Jakob Fitschen在系主任Klaus Lips教授的“能源转换和量子信息科学研究所的粒子自旋研究室”工作，其中Jakob Fitschen负责衍生公司的财务管理和日常运营并使其盈利，该研究室位于柏林的亥姆霍兹中心（HZB）。Anders和Lips非常擅长测量电子自旋共振（简称ESR）的工作，这是一种测量特别反应性分子的方法。他们因这项技术在2019年获得了著名的HZB技术成果转化奖。
德国联邦经济事务和气候行动部（BMWK）于2024年10月1日批准了资助，四位创始人现在有两年的时间使他们的衍生公司取得成功。博士生得到创业研究所（ENI）、技术成果转让倡议 TTI GmbH [DE] 和斯图加特大学技术成果转化中心TRACES以及国家倡议“NXTGN”[DE]（以前称为“Gründermotor”）的支持。来自斯图加特和柏林的三位博士生多年来一直在不同的项目上密切合作，彼此非常了解。Jakob Fitschen于6个月前加入。这种团队合作在开发高度复杂的可穿戴量子传感器时至关重要。
SpinMagIC依赖于能够检测活性分子（即自由基）的量子传感器。任何具有未配对电子的物质都可以用这款传感器进行定量测量。例如，自由基会导致皮肤更快老化。它们还会使食物快速分解。Anders指出，ESR已被用于测量自由基“80年”。到目前为止，它们的使用受到限制，因为这些设备太笨重，至少重达一吨，成本高达数十万欧元。即便是现有的台式设备也重约120公斤，而且价格非常昂贵。这对高效的操作流程或广泛的产品应用来说是一个严峻的问题。但是现在这种情况正在突然改变，而微型化是解决这个问题的关键。研究人员测量产品保质期所需要的只是一个小型的永磁体和一个带有集成电路的微芯片。
测量工作是怎么进行的？微芯片的大小不超过1平方毫米。它由所有高频电路元件组成，这些元件负责激发未配对的电子并感应它们的量子特性。在测量过程中，研究人员打开一个微型泵，将样品输送到芯片上，或者直接将传感器浸入待测量的液体中，自由基的数量显示在屏幕上。“利用轻质丝材3D打印出的结构提供了一种经济高效的方法来实现强大的共振磁体，”物理学家Alnajjar强调说。在打印之前，他进行了大量模拟以确定最佳解决方案。现在3D打印出的磁铁重量约为40克。磁铁的内部由环状材料构成。“选择磁环是为了确保磁场强度的高度均匀，”Alnajjar说。低重量和高质量是这些共振磁体的关键特性。
研究人员为SpinMagIC 感到自豪。这个合成词的三个组成部分是：Spin代表具有自身角动量的电子，Mag代表使测量成为可能的磁铁，IC 代表集成电路。这个项目分工很明确：“我们斯图加特负责开发核心技术”，电气工程师Chu强调说。这些核心技术包括永磁体和带有微型芯片集成量子传感器的电路板。柏林的物理学家Segantini基于初步发现研究各种应用，例如测量食品的保质期。特别是，他与橄榄油生产部门有着良好的联系。计划是在两年内将最终产品推向市场，并获得第一批进行测试的试点用户。“体积极小，价格实惠，并且具有非常高的测量精度，”Chu说，他特别强调了食品行业的严格要求及其对我们产品研发所提供的强大激励。
这种新的测量方法可用于确定可充电电池的状况，甚至可用于化学工业中常用的催化过程，例如分子聚合反应的过程。它在制药行业中的应用是可行的，同样也可以用来测量空气或水中的污染。“我们从BMWK获得了未来两年的固定预算，”Chu说。因此，SpinMagIC的融资得到了保障。“但我们对风险投资和私人投资者也持开放态度。”
这些微型部件目前还不能安装到智能手表中。然而，研究人员计划最终将测量设备集成到一个更小的设备中。
