Batterieloser RFID-Sensor-Chip funkt Messdaten aus wässrigen Lösungen

13.11.2017. Das IMMS präsentiert zur MEDICA vom 13. bis 16. November auf der Messe Düsseldorf den Prototyp eines passiven RFID-Mikroelektronik-Chips ohne eigene Stromversorgung. Dieser wird in wässrige Lösungen gegeben und misst dort Temperaturwerte, die von einer RFID-Ausleseeinheit erfasst und verarbeitet werden. Mit dem am IMMS entwickelten energieeffizienten Chip werden Messgrößen lediglich mit einer elektrischen Leistung von nur 3,5 Mikrowatt erfasst und digitalisiert. Damit könnte ein entsprechender Sensor aus einer Mignon-Batteriezelle mit einer typischen Kapazität von 1000 mAh mehr als zehn Jahre lang kontinuierlich betrieben werden. Eine Batterie ist dank dieser geringen Leistungsaufnahme jedoch überflüssig: Die RFID-Ausleseeinheit erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das dazu ausreicht, den passiven RFID-Chip durch Behälter und Flüssigkeiten hindurch in Abständen von bis zu vier Zentimetern mit Strom zu versorgen sowie Messdaten zu erfassen und zu senden.

Die Entwicklung ist ein Ergebnis aus dem noch bis 2019 laufenden EU-Verbundprojekt ADMONT, in dem sich das IMMS mit dem Entwurf intelligenter in-vitro-diagnostischer und bioanalytischer Sensor- und Aktorsysteme befasst. Der RFID-Chip vereint hohe Genauigkeit, Energie- und Kosteneffizienz. Der neue digitale RFID-gekoppelte Temperatursensor kann in einem großen Bereich von –40 °C bis 125 °C mit einer systematischen absoluten Genauigkeit von +/–0,5 °C messen. Um die elektrische Leistung von nur 3,5 Mikrowatt zu erreichen, hat das IMMS Analog-Digital-Wandler eliminiert, die viel Energie benötigen. Stattdessen wurde eine zeitkodierte Signalverarbeitung implementiert. Dank dieser wird der Temperaturwert in ein Zeitsignal umgewandelt, das sich bei minimalem Energieverbrauch digital verarbeiten lässt. Das IMMS hat für minimale Kosten unter anderem etablierte CMOS-Technologien genutzt und eine Einzelchip-Lösung mit integrierten Sensoren und mit eingebetteter elektronischer Signalverarbeitung entwickelt. An diesen Chip muss daher bis auf die RFID-Antenne keine weitere Komponente angeschlossen werden.

Das zur MEDICA für Temperaturdaten vorgestellte Prinzip für batterielose RFID-Sensorik wird derzeit am IMMS auf weitere Messgrößen übertragen. Damit soll die Basis für vielfältige Anwendungen in der Bioanalytik und darüber hinaus geschaffen werden.