TY - THES AB - Während die zunehmende Verkleinerung und Integration elektronischer Bauteile zu hoch komplexen Mikrochips und sehr leistungsfähigen Rechnern geführt hat, steht die Miniaturisierung und Integration von (bio-)chemischen Prozessen noch am Anfang. Hier besteht ein sehr großes Innovations- und Technologiepotential. Im Gegensatz zu bereits erhältlichen einfachen Labchips sieht das als applikationsspezifischer Lab-on-Microchip (ALM) bezeichnete Konzept vor, ein Großteil der für eine Analyse notwendigen Funktionskomponenten monolithisch auf einen applikationsspezifischen integrierten Schaltkreis aufzubringen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Erprobung optischer Komponenten für den ALM welche aus Kostengründen auf einem Glassubstrat realisiert wurden. Dies sind zum einen monolithisch integrierte planare Lichtwellenleiter mit einem flüssigen Kern und zum anderen strukturierte Dünnschichtdetektoren aus amorphem Silizium, welche hybrid auf das mikrofluidische System aufgebondet werden. Hierzu wurden mehrere Herstellungsprozesse entwickelt. Zu den diskutierten sensorischen Innovationen gehören eine an den vertikalen Flanken mit einem Polymer isolierte pin-Diode mit einem Detektionsabstand von 150 µm und ein flüssiger Lichtwellenleiter, innerhalb des auf SU-8 basierenden fluidischen Netzwerks, um Anregungslicht orthogonal zur Detektionsrichtung des Sensorelements in die Analysekapillare einzustrahlen. Eine vorgestellte Modellrechnung bezieht sich auf die verwendete Detektor- und Kapillargeometrie zur Abschätzung des fluoreszenten Lichtanteils der auf einen Detektor auftreffenden Photonen und einer Diskussion der auftretenden Verluste. Weiterhin konnte mit Hilfe der Methode der effektiven Brechungsindizes eine weiterentwickelte invertierte Rippenwellenleiterstruktur für das vorgeschlagene Konzept dimensioniert werden. Die auf Fluoreszenz beruhende Steigerung des Lichtanteils pH-Wert-sensitiver Anthracenderivate konnte mit Hilfe des ALM detektiert werden. Die beiden Spezies der Anthracenderivate wiesen dabei einen Stoke's-Shift von beinahe 100 nm zwischen ihrer unprotonierten (Ox) und ihrer protonierten (Ox-H + ) Form auf. Die Grenze der minimal detektierbaren Stoffmenge konnte zu ~5,25 fmol ermittelt werden. Ein spezielles auf Ruthenium(II) basierendes Sensormolekül kann Metallionen wie Blei, Quecksilber und Kupfer detektieren. Die elektrochemilumineszente Reaktion des Sensormoleküls auf dem ALM fand in einem Messvolumen von 1,2 nl statt. Die über einen Konzentrationsbereich von drei Größenordnungen durchgeführte Studie zeigt, dass sich das lumineszierende Molekül bis zu einer Konzentration von ~66 nM nachweisen lässt. Diese Intensität steigt unter Anwesenheit von Quecksilberionen nochmals um den Faktor 8,2. Daher kann für zukünftige Weiterentwicklungen eine Detektionsgrenze unterhalb von 1 nM erwartet werden. AU - Schäfer, Heiko DA - 2008 KW - Mikrofluidik KW - flüssige Lichtwellenleiter KW - amorphes Silizium KW - Lab-on-Microchip KW - monolithisch integrierte planare Lichtwellenleiter KW - liquid waveguides KW - amorphes silicon KW - microfluidic KW - pin-diode LA - ger PY - 2008 TI - Integrierte optische Detektoren auf Basis amorphen Siliziums und flüssige Lichtwellenleiter für mikrofluidische Anwendungen TT - Integrated amorphous silicon based optical detectors and liquid waveguides for microfluidic applications UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-3631 Y2 - 2024-11-22T07:08:59 ER -