Newsflash 5

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 – rf.1e1680000893llil-1680000893vinu.1680000893nmei@1680000893mehge1680000893llown1680000893av1680000893
• Als u interesse hebt om lid te worden van de adviesraad, aarzel dan niet om contact op te nemen met Sofie Verdoodt – eb.tn1680000893egu@t1680000893doodr1680000893ev1680000893

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

Ce qu’il se passe dans la salle blanche… innove notre système emballage alimentaire

Chaque jour, les supermarchés sont pleins d’aliments délicieux et frais, grâce aux innovations continuelles dans l’industrie agro-alimentaire. Mais pour les denrées rapidement périssables comme les fruits de mer, le poisson, la viande, les légumes frais, etc. la ‘date de durabilité minimale’ et la ‘date limite de consommation’ sont réduites au minimum pour minimiser les risques de santé publique. Malheureusement, ceci provoque la gaspillage des nourritures parfaitement consommable.

Le projet Terafood a pour objectif la mise au point de capteurs ultra-sensibles permettant de mesurer en temps réel la fraîcheur des aliments à l’intérieur des paquets sans les ouvrir. Pour faire ça, les partenaires Terafood de la Belgique et la France ont créé une méthode qui est fondée sur l’interaction de l’environnement du produit avec lumière terahertz (THz). Un aliment qui est en train de se détériorer produira des components aromatiques et gazeuses caractéristiques, connus comme Composés Organiques Volatiles (COV). Chaque type de ces molécules absorbe lumière THz dans une manière spécifique, résultant dans une empreinte chimique du content gazeuse de l’emballage. C’est une propriété unique de lumière THz: être capable de regarder travers des matériaux emballage et en même temps exposer absorbation moléculaire très spécifique.

Afin de pouvoir utiliser cette méthode dans un capteur emballage, un des grands défis est de rendre cette petite interaction détectable. Lumière terahertz est relativement basse en énergie, ce qu’est positif parce qu’il évite la dégradation de la nourriture à cause de la lumière (par exemple avec rayons X), mais est négatif parce qu’il n’est pas assez fort pour être détecté par un capteur optique. C’est là qu’intervient la micro fabrication.

Regarde unique dans la salle blanche et centre micro-fabrication de IEMN (mutuel CNRS recherche labo)

Après un an de développement, les partenaires ont uni une plateforme des structures différentes sur un seul capteur silicone, plus petit qu’une millième d’un millimètre. Après, ces structures sont liées très précisément et efficacement, les permettant de collecter tous lumières provenant d’une source lumière THz et de guider cette lumière avec une perte minimale vers une zone d’analyse, où l’interaction avec l’atmosphère prends place et une grande partie de la force optique est concentrée. Comme ça, cette puce minuscule devient un capteur complet qui permet une analyse sensitive et correcte de son environnement. Une partie de ce capteur microfabriqué agit comme une petite microphone (jusqu’une centième d’un millimètre carré) qui amplifiera les vibrations des molécules gazeuses qui ont absorbé la lumière THz. Cette microphone génère un signal électrique qui sert comme une lecture pour le capteur.

Tout ça n’est que faisable grâce à l’usage des techniques photolithographie et gravure plasma, des techniques provenant de l’industrie micro-électronique. Ces méthodes sont uniquement réalisable dans un environnement extrêmement propre, la salle blanche. Le partenaire industriel du projet – Vmicro – opère son équipement dans la salle blanche de l’Institut de Electroniques, Microélectroniques et Nanotechnologie (IEMN), localisé au campus scientifique de l’Université de Lille.

Les partenaires ont maintenant une plateforme modulaire afin de créer et optimaliser les capteurs selon les besoins spécifiques de l’industrie emballage nourritures. La plateforme l’a déjà rend possible de réaliser deux générations de prototypes. Ces prototypes ont permis aux partenaires de prouver que lumière THz peut être capter dans une petite volume (de l’ordre de 0,001 mm³) sans perte de son pouvoir. Ces pièges à trous petites sont visible dans cadre C des images dessus. Dans l’étape suivante ces trous seront couvert avec des membranes microphone très fines pour compléter les principes du capteur. Ainsi, les partenaires Terafood sont près à « écouter à la fraîcheur de vos nourriture » !

A : Un wafer de silicium portant plusieurs prototypes. B Capteurs détachés du substrat et prêt à l’emploi.
C : Zoom sur le résonateur dans le capteurs, les trous ont un diamètres de 50µm et sont réalisé avec une précision de l’ordre du micromètre (1 millième de millimètre).

Source et plus d’info

• Plus d’informations sur le projet est disponible sur le site du projet : https://terafood.iemn.fr/
• Si vous voulez plus d’informations sur le projet, n’hésitez pas de contacter le coordinateur du projet Mathias Vanwolleghem – rf.1e1680000893llil-1680000893vinu.1680000893nmei@1680000893mehge1680000893llown1680000893av1680000893
• Si vous êtes intéressez en deviner membre du conseil consultatif, n’hésitez pas de contacter Sofie Verdoodt – eb.tn1680000893eGU@t1680000893doodr1680000893eV1680000893

Avec le soutien du Fonds Européen de Développement Régional et la province de Flandres Est.

What happens in the cleanroom… innovates our food packaging system!

Supermarkets are filled with delicious and fresh food products everyday thanks to continuous innovations in the agrifood industry. However, for products that spoil fast – think of seafood, fish, meat, fresh vegetables, etc. – ‘best before’ and ‘use-by’ dates are kept as short as possible to minimize the risk of public health issues. Unfortunately, this causes a lot of perfectly edible foods to be wasted.

The Terafood project aims to tackle this issue by developing an ultra-sensitive food packaging sensor that can measure the freshness of the product in real time without having to open the protective food packaging environment. To do so, the Terafood partners from France and Belgium created a method that relies on the interaction of the product’s environment with terahertz (THz) light. A foodstuff that is going bad will produce characteristic aromatic and gaseous compounds, so called Volatile Organic Compounds or VOCs. Each type of these molecules absorbs THz light in a specific way, allowing a chemical fingerprint of the gaseous content of the package. This is a unique property of THz light: being able to « see-through » package materials while at the same time exhibiting very specific molecular absorption.

To be able to use this method in a packaging sensor, one of the major challenges is to make this small interaction detectable. Terahertz light is relatively low in energy, which on the positive side avoids that the light degrades the food material (as for instance with X-rays), but on the downside is not powerful enough to be detected by an optical sensor. This is where micro fabrication comes in.

Unique peek in the cleanroom and micro-fabrication center of IEMN (joint CNRS research lab)

After one year of development, the consortium has now managed to bring together a platform of different structures on a single silicon chip, smaller than a thousandth of a millimeter. These structures are then linked very precisely and efficiently, allowing it to collect all light coming from a THz light source and to guide that light with minimal loss towards an area of analysis, where the interaction with the atmosphere takes place and a large part of the optic power is concentrated. In this way, this miniscule chip becomes a complete sensor that allows sensitive and correct analysis of its environment. Part of this microfabricated sensor acts as a tiny microphone (only one hundredth of a square millimeter!) that will amplify the vibrations of the gas molecules that have absorbed the THz light. This microphone generates an electrical signal that acts as a readout for the sensor.

All of this is only feasible thanks to the use of photolithography techniques and plasma engraving, techniques coming from the micro-electronics industry. These methods are only realizable in an extremely neat environment, called the cleanroom. The industrial partner of the project – Vmicro – operates its equipment in the cleanroom of the Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology (IEMN), located at the University of Lille’s Science campus.

The partners now have a modular platform in order to create and optimize the sensors according to the specific needs of the food packaging industry. The platform has made it possible to already realize two generations of prototypes. These prototypes have allowed the partners to prove that that THz light can indeed be trapped in a tiny volume (of the order of 0,001 mm³ ) without losing any of its power. These tiny hole-‘traps’ are visible in frame C of the images below. In a next step these holes will be covered with very thin microphone membranes to complete the principles of the sensor. As such, the Terafood partners are very close to « listen to the freshness of your food »!

A: Wafer in silicon consisting of different prototypes. B: Sensors detached from the wafer and ready to use.
C: Close-up of the resonator structure in the sensor. The holes have a diameter of 50µm, with a precision in the order of 1 µm (1 thousandth of a millimeter).

Source and more information

• More information on the project can be found on the project website: https://terafood.iemn.fr/
• If you want more information on the project, do not hesitate to contact the project coordinator Mathias Vanwolleghem – rf.1e1680000893llil-1680000893vinu.1680000893nmei@1680000893mehge1680000893llown1680000893av1680000893
• If you are interested to become a member of the advisory board of this project, you can contact Sofie Verdoodt – eb.tn1680000893eGU@t1680000893doodr1680000893eV1680000893

With support of the European Regional Development Fund and the province of East-Flanders.