Kraftkompensierte chemische Sensoren auf der Basis bisensitiver Hydrogele
Simon Binder
Die Messung von stofflichen Konzentrationen mit Hilfe von piezoresistiven
Hydrogelsensoren birgt großes Potential für die chemische Mess- und Sensortechnik:
Das Wirkprinzip bestehend aus dem stimulusresponsiven Polymer als Messaufnehmer
und einem Drucksensor als Quelldruckwandler erlaubt das Erfassen verschiedenster
Spezies, wie pH-Wert, Ionenkonzentration oder Glucosemolekülen, kostengünstig
und auf einfache Weise.
Wenngleich diese Sensoren gutes Sensitivitäts- und Reversibilitätsverhalten
aufweisen, schränken die viskoelastischen Eigenschaften des quellfähigen Polymers
die dynamische Sensorantwort ein. Nach Beaufschlagen der Messlösung bewirken die
langwierigen Diffusionsprozesse Einstellzeiten im Bereich von Minuten bis Stunden.
In der vorliegenden Arbeit wird die Messmethode der intramolekularen
Kraftkompensation zur Verbesserung dieser Eigenschaften vorgestellt, in einen
realen Sensoraufbau überführt und untersucht. Das Kompensationskonzept
besteht dabei darin, ein bisensitives Hydrogel zu nutzen, das neben der eigentlichen
Analyt-Sensitivität eine weitere Empfindlichkeit gegenüber der Temperatur besitzt.
Eingebettet in einen geschlossenen Regelkreis soll die Temperaturregelung das System
stets in einem Gleichgewicht halten und so die Quellprozesse im Gel unterdrücken.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass diese Form der Kompensation eine signifikante
Verkürzung des Einschwingverhaltens um bis zu 70% gestattet und gleichzeitig einen
wesentlich vereinfachten und miniaturisierten Sensoraufbau im Vergleich zu anderen
Kompensationsverfahren ermöglicht.
