SPR Mikrosensor als universelle Plattform für Chemo- und Biosensoren

Abstract

Die Messung des Brechungsindex mittels der Oberflächenplasmonen-Resonsanz (Surface Plasmon Resonance, kurz: SPR) hat sich im Laufe der letzten Jahre zu einem universellen Meßprinzip in der chemischen Sensorik sowie der Biosensorik entwickelt. Das Prinzip beruht auf der Anregung von Elektronenschwingungen auf der Oberfläche von dünnen Metallschichten, vielfach Gold oder Silber, durch einfallendes Licht. Das reflektierte Licht wird entweder über einen Winkelbereich gemessen oder spektral aufgelöst. Eine Meßkurve weist ein charakteristisches Minimum auf, dessen Position vom Brechungsindex an der Oberfläche der Goldschicht abhängt. Am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie wurde ein faseroptischer Mikrosensor für den Brechungsindex auf der Basis von SPR entwickelt. Dieser Sensor findet zunächst Einsatz in der Charakterisierung der optischen Verhältnisse in Sedimenten. Die Lichtverhältnisse im Sediment sind maßgeblich für die Entwicklung von photosynthetisch aktiven Organismen verantwortlich. Um die Verteilung des Lichts zu messen, ist sowie die Kenntnis der Lichtintensität als auch die des Brechungsindexes notwendig. Derzeit ist es möglich die Lichtintensität mit einer Ortsauflösung von 100µm zu messen. Mit dem hier vorgestellten Sensor wird eine präzise Brechungsindexmessung mit vergleichbarer Ortsauflösung möglich. Desweiteren kann er als Plattform für chemische und Biosensoren dienen. Der hier vorgestellte Sensor ist in der Lage, den Brechungsindex im Bereich von 1.30 bis 1.38 RIU (Refractive Index Units) mit einer Genauigkeit von 10-4 RIU zu messen. Hierfür muß eine geeignete sensitive Schicht auf den Sensor aufgebracht werden, die ihren Brechungsindex in Anwesenheit des nachzuweisenden Stoffes ändert. Für diese Anwendung bieten sich schwellende, spezifisch bindende Polymere an, die ihre Schichtdicke in Abhängigkeit von der Konzentration des nachzuweisenden Stoffes ändern, wie sie bereits für die Messung vonn pH und Metallionenkonzentrationen entwickelt wurd