GaN-based nanostructures for new generation of BIOmolecular ultra-sensitive Sensors for monitoring of biochemical reactions

• Applicant: Professor Dr. Oliver Ambacher
• Subject Area: Microsystems
• Term: from 2012 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 182786469

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Im Rahmen des Projekts wurden durch eine selektive laterale Epitaxie freistehende und eingebettete GaN-Nanodrähte hergestellt und charakterisiert. Die elektronischen Eigenschaften wurden untersucht und Sensorstrukturen für die Detektion von biologischen Molekülen hergestellt. Als wichtigstes Ergebnis des Projektes kann die Erstellung eines erweiterten Modells zur Beschreibung des Verhaltens von funktionalisierten Halbleitern in Elektrolyten gelten sowie deren experimentelle Verifizierung und letztendlich die Umsetzung in einer neuartigen dynamischen Messmethode. Damit konnte das Detektionslimit der Sensoren deutlich verbessert werden. Allerdings konnte das angestrebte Detektionslimit für Nanodrähte von 10 fM nicht erreicht werden. Stattdessen erreichten Nanodrähte und mit dem dynamischen Prinzip ausgewertete planare Sensoren ein vergleichbares Detektionslimit von ca. 1 pM.

Publications

• “Thermal functionalization of GaN surfaces with 1-alkenes”, Langmuir 29 (2013) 6296−6301
  S.U. Schwarz, V. Cimalla, G. Eichapfel, M. Himmerlich, St. Krischok, and O. Ambacher
  
• „CIP (cleaning-in-place) stability of AlGaN/GaN pH sensors”, J. Biotechnol. 163 (2013) 354-361
  St. Linkohr, W. Pletschen, S.U. Schwarz, J. Anzt, V. Cimalla, and O. Ambacher
  
• “Dynamic detection of target-DNA with AlGaN/GaN high electron mobility transistors”, Proc. Eng. 120 (2015) 908 – 911
  N. Espinosa, S.U. Schwarz, V. Cimalla, A. Podolska and O. Ambacher
  
• “Impedance characterization of DNA-functionalization layers on AlGaN/GaN high electron mobility transistors”, Proc. Eng. 120 (2015) 912 – 915
  N. Espinosa, S.U. Schwarz, V. Cimalla, A. Podolska, and O. Ambacher
  
• “Sips adsorption model for DNA sensing with AlGaN/GaN high electron mobility transistors”, MRS Proc. 1763 (2015) 131: XXIII Intern. Mat. Res. Congr. (IMRC) (IMRC2014-S2B-O003), 2014, August 17-21, Cancun, Mexico
  N. Espinosa, S.U. Schwarz, V. Cimalla, and O. Ambacher
  
• „Detection of different target- DNA concentrations with highlysensitive AlGaN/GaN high electron mobility transistors”, Sens Actuat. B 210 (2015) 633-639
  N. Espinosa, S.U. Schwarz, V. Cimalla, O. Ambacher