Vi fotograferer det usynlige

En panderynken i laboratoriet blev til et forskningsprojekt på Danmarks Tekniske Universitet, der har resulteret i et hyperfølsomt kamera, som kan måle forurening, gaslækager, finde urenheder i fødevarer og med tiden måske diagnosticere sygdom gennem patientens udåndingsluft. I modsætning til eksisterende kameraer er det mindre, hurtigere og billigere og, helt afgørende, det fungerer ved stuetemperatur, hvor de eksisterende skal køles ned til minus 200 gr. C.

Ikke alene ser IRSee’s infrarøde ’kemiske kamera’ 1000 gange bedre end de eksisterende standardkameraer, der kan fotografere stråling i det midtinfrarøde område, men det helt revolutionerende er, at kameraet kan bruges ved stuetemperatur. Normalt kan et infrarødt kamera kun tage følsomme billeder ved minus 200 gr. C.

Nu taler vi ikke om at tage billeder til familiealbummet. Det, der gør IRSee’s infrarøde kamera nyskabende er, at ’det kan tage billeder af det, vi ikke ser’, som Jes Broeng, chefkonsulent på DTU Fotonik, udtrykker det.

Gruppeleder på DTU Fotonik, Christian Pedersen, lektor ph.d. DTU, Peter Tidemand-Lichtenberg, og forsker på DTU Fotonik, Jeppe Seidelin Dam, er opfinderne bag projektet, der er udgået fra DTU Fotonik, og stiftere af firmaet IRSee, der skal markedsføre det nye kamera. Peter Tøttrup er firmaets direktør og ligeledes medstifter.

Forskerne kalder deres opfindelse ’et kemisk kamera’, fordi det blandt andet kan bruges til kemiske analyser ved at fotografere luftarter. Næsten alle de store, komplekse molekyler har nemlig deres kemiske signatur, eller ’fingeraftryk’, i det midtinfrarøde område, hvor bølgelængderne er længere end det lys, mennesker kan se. Et kemisk stofs karakteristiske fingeraftryk, dvs. dets spektrum, udsender eller absorberer stråling, der altså er usynlig for det menneskelige øje, men som det ekstremt følsomme kamera kan tage billeder af. 

”Det fungerer ligesom, når man med det blotte øje kan se det rådne område på et æble,” forklarer Peter Tøttrup.

 

Mærkelige pletter

”Det startede som et rent forskningsprojekt, hvor vi arbejdede med laser, men så begyndte vi at se mærkelige artefacts i laserstrålen og undrede os over, hvorfor der kom nogle ekstra lyspletter,” siger Christian Pedersen.

Begrebet artefact bruges om noget, man observerer i et videnskabeligt eksperiment, der ikke er til stede ideelt, men som er et resultat af selve proceduren.

En grøn laserpointer kan genereres med to røde fotoner – lyspartikler - lagt sammen. Det var det, forskerne oprindeligt ’rodede med’, som de siger: ”Vi ville vise, at to forskellige laserbølgelængder kan lægges sammen i ulineære krystaller og derved danne helt nye bølgelængder. Men derudover så vi, at der skete en billeddannelse. Vi gik helt ned i detaljen og indså til sidst, at der kom billedinformation ud: Pletterne viste sig at være billeddannelser, stammende fra de oprindelige lasere,” siger Christian Pedersen, som stadig lyder lidt forbavset. For den opdagelse var et uventet barn af de første forsøg.

Forskernes oprindelige undren i 2006-7 endte med en artikel, publiceret i det prestigiøse Nature Photonics, 2012. ”De ville heller ikke tro på det, og det tog sin tid at overbevise alle,” siger Christian Pedersen og griner.

 

Vi snyder lidt

”Apparatet fungerer ved, at den midtinfrarøde stråling blandes med lys fra en laserstråle i en særlig krystal. Og så ’snyder’ vi lidt, for kommer der en infrarød foton, sparker vi den bagi med en laserfoton, og så bliver den midtinfrarøde foton synlig og kan registreres af en billedchip i et almindeligt digitalkamera. Vi kan gøre det ved stuetemperatur, men tilsvarende følsomme målinger ville kræve, at kameraet skulle køles ned til minus 200 gr. C.,” siger Peter Tøttrup.

»I apparatet skifter vi bølgelængden af det lys, der kommer ind, så vi kan tage billeder af det infrarøde lys. Vi konverterer simpelthen lyset, som det passerer igennem vores 'objektiv', og det lys er chippen i et almindeligt kamera i stand til at opfange,” siger han.

Det kemiske kamera kan bruges på to måder: Der skal være lys til stede, eller også skal man bruge en lyskilde, der belyser eller gennemlyser emnet.

I kølvandet på opdagelsen fulgte spekulationerne om, hvordan man kunne bruge kameraet. Men det var egentlig indlysende: ”Nemlig dér hvor almindelige kameraer ikke kan bruges i det infrarøde område – det kunne vores, og så begyndte det at tage fart,” siger Christian Pedersen.

 

Infrarøde øjne

Ikke alene kan det superfølsomme kamera gøres mindre og billigere end de eksisterende, det er let at tage med og, som sagt, skal det ikke køles ned:

”Ingen andre i hele verden gør dette. Nogle prøver. Men de skal jo køle, og vi skal ikke køle. Nærmeste konkurrent bruger 100.000 euro om året bare for at køle kameraet,” fortæller Peter Tøttrup med en vis tilfredshed i stemmen.

”Nu er vi i gang med at udvikle den nye teknologi, der kan bruges meget bredt - lige som øjnene. Kameraet er infrarøde øjne, og vi er ved at finde samarbejdspartnere, så vi kan teste det af.”

Peter Tøttrup nævner olieindustrien og lækager fra kraftværker, og han tror, at gasanalyse ’kan blive stort’. ”Med vort udstyr kan vi måske se gaslækager i luften fra den petrokemiske industri. Statoil har investeret omkring 20 mio. kr. i detektorer, der skal opdage gaslæk. Det kan vi gøre langt billigere,” siger han.

Den ny teknologi kan ikke mindst gavne bestræbelserne for et renere miljø og lette myndighedernes kontrol. Luftforureningen i større byer med tæt trafik er et alvorligt sundhedsproblem, og det nye kamera vil kunne måle niveauet af gasser som NOx og CO2. Det kan tilmed ske hurtigere og billigere end ved eksisterende målemetoder.

Når man taler kemiske analyser, er der en række andre anvendelsesmuligheder, som opfinderne i første omgang kun turde drømme om:

 

Ser gennem tøj

Kameraet kan potentielt identificere plastic, så man kan afgøre, hvilken type det er, og det kan også se gennem tøj og emballager og opdage, hvis der lurer farlige stoffer. Her vil en oplagt, fremtidig mulighed være forebyggelse af terrorisme. Apparatet vil også kunne bruges til kvalitetskontrol ved at tage billeder af forrådnelse i kød, samt forurening og urenheder i fødevarer.

Et andet fremtidsaspekt er, at det kemiske kamera kan bruges til at diagnosticere sygdom ved at analysere patientens udåndingsluft, hvor man kan måle selv små koncentrationer af specifikke molekyler. Rent praktisk betyder det, at man i fremtiden vil kunne opdage en sygdom som cystisk fibrose, hvis der er cyanid i udåndingsluften, eller det kan være tegn på lungekræft, hvis patienterne har de kemiske stoffer 1-butanol og 3-hydroxy-2-butanin i udåndingsluften. Teknikken kan også bruges til at undersøge biologisk materiale, som at finde celleforandringer i levende væv, og kan med tiden få en vigtig plads i cancerdiagnostik.

 

Kloge hoveder fra DTU

Forskerne fortæller engageret om deres opdagelse og beskriver tidspunktet fra at stå med en opdagelse, de knap kunne tro var virkelighed, til hvor svært det var mentalt at flytte sig til det punkt, hvor den rent faktisk kunne bruges.

Men mere usædvanligt for forskere, der står med en opfindelse, de vil kommercialisere, har IRSee-gruppen fra starten fokuseret stærkt på forretningsudvikling, fortæller Christian Pedersen.

Gruppen søgte tidligt PoC og GAP-midler til at opnå Proof of Concept: ”Så rykker det på DTU.  Opfindelsen kommer ud i den virkelige verden, og vi nærmer os det brugbare,” siger Christian Pedersen.

På det tidspunkt var Peter Tøttrup, der har en baggrund som forretningsrådgiver og venture capital investor, ved at hjælpe DTU med at kommercialisere en række projekter heriblandt det, der blev til IRSee. ”Vi kontaktede firmaet Haldor Topsøe, som kunne bruge kameraet til at få indsigt i deres katalyseprocesser, og vi fik gang i et projekt, som Topsøe finansierede til fælles gavn og glæde,” siger han.

Modellen for at spinne IRSee ud som virksomhed går ud på at inddrage ’kloge hoveder fra DTU, samt en ekstern, kommerciel person med en ambition om, at det skal lykkes’, som Jes Broeng udtrykker det:

”Nøglen er at bringe eksperter ind, folk som Peter Tøttrup, der har branchekendskab og teknisk baggrund. Han har forretningsviden, kender forskerne og kan så at sige gå skulder ved skulder med dem. Vi kan se, at man tidligere har manglet det element i innovation, at man kan tage eksterne ressourcer ind gennem en længere periode.”

 

Søger visionære kunder

Med hensyn til finansiering af udviklingsomkostningerne har gruppen bag IRSee -valgt en model, hvor de prøver at tjene penge ved at udføre kundeopgaver for at kunne holde rettighederne og ejerskabet længere hos stifterne: ”Vi har ikke følt et økonomisk pres, vi ville hellere have, at kunderne kommitter sig til samarbejdet, så de har en investeret interesse. Projektet er kundefinansieret, og Peter Tøttrup har investeret sin tid,” siger Christian Pedersen og fortsætter:

”Når man begynder at trække ekstern kapital ind, afgiver man eksempelvis aktier, hvilket betyder, at der som regel ikke meget tilbage til opfinderen, når dagen er omme. Det har også den fordel, at har man vist, man kan tjene penge selv, når man senere skal rejse kapital, er det ikke så dyrt at skaffe flere penge.”

EN KOMPLEKS OPGAVE

DTU er interesseret i at skabe levedygtige virksomheder og er partner i projektet Copenhagen Spin-outs, som har til formål at understøtte opstart af nye biotek-virksomheder. Copenhagen Spin-outs er samarbejde med Københavns Universitet og Region Hovedstadens hospitaler samt innovationsmiljøer, brancheorganisationer, investorer og forskerparker.

IRSee bygger på en platformsteknologi, hvilket vil sige, at der er mange, vidt forskellige anvendelsesmuligheder for den pågældende teknologi.

Det er en kompleks opgave at udarbejde et tilfredsstillende aftalegrundlag ved etablering af spin-outs, der bygger på en platformsteknologi. Blandt andet skal det sikres, at DTU’s forskere fortsat har forskningsfrihed inden for området, samtidig med at det nyetablerede spin-out får rettigheder, der understøtter og fremmer dets levedygtighed. Der skal også tages højde for, at nogle opfindere ønsker at blive i deres ansættelse på DTU, mens andre ønsker at blive en del af den nye virksomhed.

I arbejdsprocessen med IRsee, og andre projekter, er DTU’s infrastruktur blevet udviklet i en retning, hvor barriererne i forbindelse med etablering af spin-outs er blevet sænket og processen dermed gjort nemmere. Der er fokus på at støtte opfinderne og gøre det attraktivt at arbejde med kommercialisering og spin-outs på DTU. Et konkret tiltag er et tilbud til opfinderne om målrettet rådgivning fra advokatkontoret Bech-Bruun for at sikre forskernes rettigheder og tilfredshed med den aftale, der bliver indgået. Opfinderne bag IRSee-teknologien har gjort brug af dette tilbud.

 

www.copenhagenspin-outs.dk/

Går hårdt til kunderne

”Projektet starter teknologidrevet, men man skal ende med kundedrevet og dermed anvendelsesdrevet,” siger Peter Tøttrup, ”vi forestiller os, hvad der er den bedste anvendelse, og vi er gået hårdt til kunderne. Det er vigtigt for alle stifterne, at man etablerer et firma, når man ved, at kunderne er interesserede, og det ved man, når de indgår i et samarbejde, så de også bringer noget til bordet. Vi har to samarbejdsaftaler og to i pipelinen – man starter ikke med at gå efter det store massemarked. Vi ønsker få visionære kunder, der forstår innovation.”

Opfinderne og stifterne af IRSee mener ikke, universiteterne hidtil har været tilstrækkeligt opmærksomme på forretningssiden, når forskernes idéer skal blive til virkelighed:

”Man skal etablere kontakter og præsentere idéen for firmaer tidligt i forløbet. Hele salgsaspektet skal tidligere ind, og vi mener, at det er en opgave, som universiteterne skal lære at løfte, og det er meget vigtigt, at de folk, der går ud til virksomhederne, har den nødvendige viden og er på niveau med forskerne,” understreger Christian Pedersen og tilføjer: ”Folk fra erhvervslivet kan også lide at tale med folk, der ligner dem selv.”


 

Ny forretningsidé

”IRSee indgår i en ny innovations- model Bridging the Gap, vi er ved at udarbejde på DTU,” siger Jes Broeng. DTU Kemi, og DTU Fotonik har i oktober 2013 fået tre mio. kr fra Industriens Fond til at etablere den nye model med det klare mål at skabe bæredygtige, højteknologiske spin-out virksomheder.

”Vi vil trække på erfaringer fra vort tidligere arbejde her på DTU med spin-off projekter og er også inspirerede af VIGO-programmet i Finland, som har rejst over 100 mio. kr. og resulteret i en stribe succesfulde virksomheder,” siger han.

Læs mere om det kemiske kamera her: 

http://www.fotonik.dtu.dk/english/Research/Light-sources-and-industrial-sensors/Sensor/Research-Upconversion

http://www.nature.com/nphoton/journal/v6/n11/full/nphoton.2012.231.html

Spin-outs

24.06.2015 DTU-søgemaskine topper Google 23.06.2015 DET ER PURE PLASTIC 23.06.2015 Få nyt (laser)lys i øjnene 17.03.2015 Effektiv, billig og kompakt filtrering 24.09.2014 Intelligent indsprøjtning skaber ny virksomhed
Se alle Spin-outs historierne