Entwicklung von piezoresistiven Chemo- und Biosensoren auf der Basis von stimuliresponsiven Hydrogelen
Jan Erfkamp
Ohne zuverlässige Chemo- und Biosensoren wären beispielsweise die
Überwachung von Prozessparametern in der chemischen und biotechnologischen
Industrie, die Detektion von geringsten Analytkonzentrationen in der
biomedizinischen Analytik oder die Spurenanalyse von Schadstoffen
undenkbar. Neue Sensormaterialien wie stimuliresponsive Hydrogele spielen
bei der Entwicklung neuer chemischer und biochemischer Sensoren eine immer
größere Rolle. Hydrogele sind „intelligente“ hydrophile Polymernetzwerke, die
in Abhängigkeit von spezifischen Stimuli quellen und entquellen können. In
Kombination mit piezoresistiven Drucksensoren wird dann der resultierende
Quelldruck in eine messbare Ausgangsspannung umgewandelt.
In dieser Arbeit werden sowohl neuartige stimuliresponsive Hydrogele für die
Detektion von Ethanol in alkoholischen Getränken als auch zum Nachweis von
gelöstem Ammoniak und Harnstoff für biotechnologische Prozesse vorgestellt.
Nach der gezielten Synthese und Funktionalisierung der Gele werden zunächst
die Quelleigenschaften in freier Quellung untersucht. Im Mittelpunkt der
Charakterisierung stehen dabei sensorisch relevante Eigenschaften wie
beispielsweise das Quellverhalten in Abhängigkeit vom jeweiligen Stimulus.
Im nächsten Schritt werden piezoresistive Hydrogelsensoren aufgebaut und
vermessen. Dabei werden wichtige Sensoreigenschaften wie der sensitive
Messbereich, Nachweisgrenzen oder Querempfindlichkeiten detailliert untersucht
und die Sensorkonzepte hinsichtlich ihres Anwendungspotenzials bewertet.
