Selektive optische Sensor-Arrays in einer Silizium-Hybrid-Plattform (SOSAS)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Manfred Berroth; Professor Dr. Günter Tovar
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420007645

Eine schnelle und genaue Analyse der Zusammensetzung von Flüssigkeiten bzw. wässrigen Lösungen ist außerordentlich bedeutsam, um etwa Medikamentenrückstände in Trinkwasser nachzuweisen oder technische Prozessbedingungen bei Bedarf zügig anpassen zu können. Die Analytik von Stoffmischungen lässt sich bisher routinemäßig durch Entnahme von Proben aus der Mischung und anschließende instrumentelle Analytik bewerkstelligen. Dies setzt jeweils eine spezifische instrumentelle und methodische Ausstattung voraus und liefert die Ergebnisse stark zeitverzögert, oft auch bedingt durch Transportwege zu den Analyselabors. In diesem Vorhaben soll daher ein auf integrierten optischen Wellenleiterstrukturen basierender Sensor erforscht werden, der die Zusammensetzung von komplexen Mischungen in nur einem Schritt vor Ort quantitativ analysieren kann. Grundlage ist ein Silizium-Chip, der ein Array aus Wellenleiterstrukturen enthält, die auf Brechungsindex-Veränderungen an der Oberfläche reagieren und optisch ausgelesen werden können. Dieser Chip bildet eine vielfältig verwendbare Sensorplattform, die günstig ist und in großen Mengen produziert werden kann. Die Anpassung der Chip-Oberfläche an die eigentliche Analyse-Aufgabe und die notwendige individuelle "Sensibilisierung" der einzelnen Wellenleiterstrukturen erfolgt Analyt-spezifisch und ortsaufgelöst durch additives Aufbringen verschiedener funktionaler Schichten, beispielsweise mittels Inkjet-Druck. Ziel des Vorhabens ist, das Zusammenspiel von optischen Wellenleitern und funktionalen Schichten zu verstehen und beide Komponenten als Ganzes so zu optimieren, dass ein funktionsfähiger Prototyp resultiert, der die quantitative Analyse von komplexen wässrigen Lösung erlaubt. Die Leistungsfähigkeit des Sensors soll anhand von wässrigen Lösungen mit möglichst kleinen Konzentrationen der Medikamente Diclofenac, Carbamazepin und Metoprolol demonstriert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Alexander Southan