(Bio-)chemische und physikalische Sensoren auf der Basis eines einzigen Transducerprinzips

Abstract

Die wichtigste Einheit von modernen Mikroanalysesystemen, wie µTAS (Micro Total Analysis System), „Labor auf einem Chip“, elektronische Zunge, usw. ist die Detektoreinheit. Diese Detektoreinheit besteht in der Regel aus unterschiedlichen (bio-)chemischen und physikalischen Sensoren sowohl für die Kontrolle der (bio-)chemischen und physikalischen Kenngrößen in Flüßigkeiten als auch für die Minimierung oder für die Kompensierung des Einflußes von Störgrößen. Üblicherweise unterscheiden sich die Strukturen bzw. die sensitiven Schichten und Transducersprinzipen der (bio-)chemischen Sensoren von denen, die für physikalische Sensoren anwendbar sind. Deshalb ist die kommerzielle Realisierung solcher Multisensorsysteme häufig problematisch aufgrund der komplizierten Technologie bzw. der höheren Produktionskosten. In diesem Beitrag stellen wir ein neues Konzept für ein multifunktionales hybrides Sensormodul unter dem Einsatz eines einzigen Transducersprinzips auf der Basis der Feldeffektstruktur, sowohl für (bio-)chemische als auch physikalische Sensoren vor. Das entwickelte Sensormodul wird für die Messung von zwei (bio-)chemischen Kenngrößen (pH, Penicillinkonzentration) und drei physikalischen Kenngrößen (Temperatur, Flußgeschwindigkeit bzw. Flußrichtung) unter dem Einsatz von lediglich zwei Sensorstrukturen, einem Ionengenerator und einer Referenzelektrode realisiert und deren Eigenschaften untersucht. Ein pH-sensitiver ISFET (Ionensensitiver Feldeffekttransistor) auf der Basis von Ta2O5 wird als Transducer eingesetzt. Details der experimentellen Ergebnisse, insbesondere Messungen in biologischen Flüssigkeiten, wie im humanen Blut bzw. Urin, werden demonstriert. Perspektiven des neuen Konzepts- „(Bio-)chemische und physikalische Sensoren auf der Basis eines einzigen Transducersprinzips“ werden diskutiert.