Οι κύριοι στρατηγικοί στόχοι του έργου FOODSNIFFER είναι:

• Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός πλήρως ενσωματωμένου φασματοσκοπικού οπτικοηλεκτρονικού τσιπ βασισμένου σε ευρεία ζώνη Mach-Zehnder Interferometry, το οποίο επιτρέπει τη σύγχρονη ανίχνευση πολλών αναλυτών, χωρίς ευαισθησία, χωρίς ετικέτα. Το τσιπ θα κατασκευαστεί από την κύρια τεχνολογία πυριτίου που ενσωματώνει ένα πλήρες φωτονικό κύκλωμα με πολυπλεξικές πηγές φωτός, ενδομετρικούς αισθητήρες, κυματοδηγούς μονής λειτουργίας, αναλυτή φάσματος και συστοιχία φωτοανιχνευτών σε ένα μόνο τσιπ πυριτίου.
• Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση μιας καινοτόμου πλαστικής κασέτας μίας χρήσης που εξαλείφει την ανάγκη για οποιαδήποτε επαφή δείγματος με τον αναγνώστη και που εκτελεί τη διήθηση του δείγματος, την ελεγχόμενη μεταφορά δείγματος και τη συγκράτηση του δείγματος μετά την ανάλυση.
• Η ανάπτυξη ενός ελαφρού & χαμηλού κόστους αναγνώστη που θα ελέγχεται από ένα smartphone, μέσω μιας προσαρμοσμένης παραγωγής. Με αυτόν τον τρόπο, τα ευρήματα πεδίου μεταφέρονται σε πραγματικό χρόνο σε μια κεντρική βάση δεδομένων.
• Η εφαρμογή του συστήματος FOODSNIFFER στην ανίχνευση χωρίς ετικέτα ορισμένων φυτοφαρμάκων, αλλεργιογόνων και μυκοτοξινών σε δείγματα τροφίμων. Η λύση FOODSNIFFER αποτελείται από τον αναγνώστη ελεγχόμενο από το smartphone και το βιοτσίπ στο οποίο το δείγμα υπό χαρακτηρισμό εφαρμόζεται σε υγρή μορφή. Και οι δύο ενότητες σχεδιάστηκαν λαμβάνοντας υπόψη την ανάγκη λειτουργίας από μη εξειδικευμένο προσωπικό και σε οποιονδήποτε σύνδεσμο της αλυσίδας εφοδιασμού τροφίμων. Η υλοποίηση του συστήματος FOODSNIFFER χωρίστηκε σε δύο κατευθύνσεις που εκτελέστηκαν παράλληλα και σε στενή συνεργασία: α) την ανάπτυξη του συστήματος και β) την εφαρμογή του συστήματος στην ποσοτική ανίχνευση συγκεκριμένων μυκοτοξινών, φυτοφαρμάκων και αλλεργιογόνων. Η ανάπτυξη του συστήματος χωρίζεται περαιτέρω στο σχεδιασμό και την υλοποίηση του βιοτσίπ και του αναγνώστη. Η πρόοδος σε αυτές τις μεμονωμένες κατευθύνσεις παρουσιάζεται παρακάτω και στο τέλος αυτής της ενότητας συζητείται και αξιολογείται η συνολική πρόοδος.

Πραγματοποίηση συστήματος FOOSDNIFFER

Το σύστημα FOODSNIFFER αποτελείται από τη μικροσκοπική φορητή συσκευή ανάγνωσης και το βιοτσίπ που είναι κατάλληλα βιο-λειτουργικό για την ανίχνευση της συγκέντρωσης των στοχευόμενων αναλυτών. Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση και των δύο πυλώνων παρουσιάζεται λεπτομερώς παρακάτω:

Το FOODSNIFFER οραματίστηκε να ενσωματώσει μονολιθικά ένα φωτονικό κύκλωμα που ξεπερνά την τρέχουσα κατάσταση της τεχνολογίας από άποψη μεγέθους, ωριμότητας ολοκλήρωσης και αναλυτικής απόδοσης συστημάτων PoN. Μόλις επιτευχθεί αυτός ο στόχος, το τσιπ FOODSNIFEFR θα είναι το τελευταίας τεχνολογίας σε παγκόσμια κλίμακα όσον αφορά το επίπεδο ολοκλήρωσης, το μέγεθος, το κόστος και την αναλυτική απόδοση και θα είναι μπροστά στον ανταγωνισμό στον αγώνα για πραγματικά μικροσκοπικά συστήματα για την εφαρμογή του PoN .

Σχεδιασμός & ανάπτυξη τσιπ Si

Το τσιπ FOODSNIFFER φιλοξενεί δέκα οπτικοηλεκτρονικούς αισθητήρες, ο καθένας από τους οποίους αποτελείται από μια πηγή φωτός ευρείας ζώνης που είναι ευθυγραμμισμένη με έναν οδηγό κυμάτων που έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί ως υψηλής ανάλυσης ευρυζωνικό ιντερφερόμετρο Mach-Zehnder (BB-MZI) 3, ένα φάσμα αναλυτής και μια σειρά φωτοανιχνευτών για τη μέτρηση των φασματικών αποκρίσεων και μέσω αυτών ο χρήστης θα μπορούσε να παρακολουθεί τις βιοαντιδράσεις. Η αυτο-ευθυγραμμισμένη πηγή φωτός και ο αισθητήρας BB-MZI απεικονίζονται στο σχήμα. 1.

Η εργασία σχεδιασμού και προσομοίωσης στο έργο FOODSNIFFER επικεντρώθηκε στην εξεύρεση λύσεων για παθητικά οπτικά εξαρτήματα που απαιτούνται στο τσιπ FOODSNIFFER, συγκεκριμένα:

• Δομές κυματοδηγού τύπου Rib και Strip (WG) που χρησιμοποιούνται για καθοδήγηση φωτισμού μονής λειτουργίας και πολλαπλών τρόπων, αντίστοιχα, και μετατροπείς ταινιών rib-strip που απαιτούνται για τη σύνδεση τμημάτων μονής λειτουργίας και πολλαπλών τρόπων κυματοδηγού μεταξύ τους.
• Ευρυζωνικά παρεμβολόμετρα Mach-Zehnder (BB-MZIs) που χρησιμοποιούνται ως αισθητήριο στοιχείο και λειτουργούν σε ένα ευρύ φάσμα από 600nm έως 900nm.
• Αποπολυπλέκτης μήκους κύματος (WDM) που ταιριάζει με το φάσμα εξόδου των BB-MZI που χρησιμοποιείται ως φασματόμετρο.
• Το αποτύπωμα του τσιπ πρέπει να είναι μικρότερο από 80mm2.

Οι εργασίες σχεδιασμού και προσομοίωσης πραγματοποιήθηκαν από τους LIONIX, NCSR-D και VTT. Οι LIONIX και VTT επικεντρώθηκαν στο σχεδιασμό φασματικών εξαρτημάτων, ενώ το NCSR-D σχεδίασε και προσομοιώσεις σε βασικές δομές κυματοδηγού και BB-MZI.

Σχήμα Η λύση FOODSNIFFER αντιπροσωπεύει μια ολιστική προσέγγιση στην παρακολούθηση της ασφάλειας των τροφίμων σε όλη την τροφική αλυσίδα. Ο καινοτόμος σχεδιασμός του το έχει καταστήσει σε ένα φορητό σύστημα, το οποίο επιτρέπει σε μη εξειδικευμένο προσωπικό να το χειρίζεται με ευκολία και ελάχιστο δείγμα προετοιμασία και μετάδοση των  ληροφοριών σε πραγματικό χρόνο μέσω του Cloud. Ευφυής μικρο-ρευστά και διασύνδεση ηλεκτρονικών προσθέτουν στην απλότητα του χειρισμού του συστήματος, ενώ tο ειδικά σχεδιασμένο λογισμικό επιτρέπει τον έλεγχο του αναγνώστη μέσω smartphone ή φορητού υπολογιστή. Η ευκολία λειτουργίας δεν έχει περιορίσει την ακρίβεια, την ευαισθησία, την αξιοπιστία και την αποδοτικότητα κόστους. Η ριζική φωτονική μηχανική έχει αποκτήσει τον λειτουργικό της πυρήνα, δηλαδή το βιοτσίπ FOODSNIFFER που περιέχουν 10 ενδομετρικούς μετατροπείς το καθένα με το δικό του φως πηγή και την ικανότητα για φασματική ανάλυση on-chip σε mi