Nanoplasmonische Biosensoren und Chemosensoren

Inlinefähige Biosensoren und Chemosensoren gewinnen in den stetig wachsenden Einsatzgebieten der Medizin, Bio- und Lebensmitteltechnologie sowie der Umweltanalytik eine immer größere Bedeutung. Für eine kontinuierliche Prozessüberwachung müssen Konzentrationen (bio)chemischer Messgrößen schnell und direkt vor Ort bestimmt werden, was mit derzeitigen analytischen Labormethoden nicht erfüllt werden kann.

Spezifisch funktionalisiert, schnell und prozessintegriert

Um diese Bedürfnisse zu adressieren, befasst sich das Fraunhofer IKTS mit einer nanoplasmonischen Sensorplattform im Miniaturformat. Dafür wurde das optische Laborverfahren der Oberflächenplasmonenresonanz (SPR)-Spektroskopie, mit der gezielt und schnell Moleküle mit hoher Genauigkeit detektiert werden, zu einer Vor-Ort-Analytik weiterentwickelt. Das kompakte optische System besteht aus einem am Fraunhofer IKTS entwickelten und gefertigten Sensor-Chip auf einer Folie, einer LED-Lichtquelle und einer optoelektronischen Abfrageelektronik. Da keine weiteren optischen Bauelemente benötigt werden, ist das System kompakt, robust und kostengünstig und erlaubt so eine direkte Integration in industrielle Anlagen.

Über eine gezielte chemische Funktionalisierung (mit Polymeren und Biomolekülen) kann die Oberfläche des Sensorchips so aktiviert werden, dass bei Anwesenheit eines spezifischen, (bio)chemischen Moleküls (= Analyt) in einem Stoffgemisch die optischen Eigenschaften des Sensors konzentrationsabhängig verändert werden.

Anwendungsfelder

Inline-Prozessüberwachung von (Gär-)Tanks
Vor-Ort-Analytik anthropogener Spurenschadstoffe (z. B. Diclofenac) in der Wasseraufbereitung in nanomolaren (nM) bis mikromolaren-Konzentrationsbereichen
Plasmonische Messung und Überwachung von Prozessparametern wie Ionenkonzentrationen und pH-Wert über Schwellung von Hydrogelen

Leistungsangebot

Elektrodynamische Simulation nanostrukturierter Goldoberflächen/Sensorflächen
Herstellung von Goldoberflächen/Sensorflächen mittels Nanoimprintlithographie
Verwirklichung mikrofluidischer Sensorchips
Entwicklung angepasster (Bio)Assays für das Vor-Ort-Prozessmonitoring und Umweltmonitoring
Gezielte (bio)chemische Funktionalisierung der Messflächen
Entwicklung und Bau prozessintegrierter Geräte (gemeinsam mit Industriepartnern)
Umfassende optische Charakterisierung von (Bio)Assays