1 Ãberblick über die Sensorik
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Seite 214<br />
426 8.1 Übersicht und Funktionsprinzipien 8.1.6 Grundlagen der molekularen Erkennung in Gassensoren 427<br />
– selektive Reaktion der nachzuweisenden Spezies (hier: Glukose) am katalytisch<br />
aktiven Zentrum des Enzyms (hier: Glukoseoxidase),<br />
– Auswahl eines geeigneten Mediatorsystems und Mediators (hier: Ferrocen) zur<br />
Kommunikation zwischen katalytisch aktivem Zentrum und der Elektrode und<br />
– Auswahl des geeigneten Elektrodenmaterials und des Elektrodenpotentials für <strong>die</strong><br />
spezifische Detektion des Teilchens über den Strom.<br />
Bild 8.1.6-12:<br />
Typische organische Einschlußverbindungen für <strong>die</strong> chemische <strong>Sensorik</strong> zum Nachweis<br />
der angegebenen Ionen oder Moleküle.<br />
Die kontrollierte Signalableitung nach Eintreten der Sensor-Teilchen-Wechselwirkung<br />
ist im allgemeinen problematisch. Diese kann beispielsweise über massensensitive,<br />
elektrische oder optische Detektionsverfahren nach Einbetten <strong>die</strong>ser Verbindungen in<br />
Matrizes oder nach kovalentem Ankoppeln an eine Unterlage erfolgen. Dies sind typische<br />
Probleme, wie sie vor allem auch bei Biosensoren auftreten.<br />
Biosensoren<br />
Bei Biosensoren werden verschiedene Detektierungsmechanismen ausgenutzt. Man unterscheidet<br />
dabei prinzipiell zwischen Metabolismussensoren (mit Enzymen, deren<br />
Reaktionsprodukte nachgewiesen werden) und Bioaffinitätssensoren (mit selektiven<br />
Schlüssel-Schloß-Molekülkonfigurationen). Die folgende Abb.8.1.6-13 zeigt als Beispiel<br />
den Aufbau eines typischen häufig verwendeten amperometrischen Biosensors<br />
(typisches Beispiel für einen Metabolismussensor), bei dem eine Selektivität durch Optimierung<br />
der folgenden Teilkomponenten erzielt werden kann:<br />
– Selektive Diffusion von Molekülen durch <strong>die</strong> äußere Trennmembran (Abtrennung<br />
von höhermolekularen Spezies etc.),<br />
Bild 8.1.6-13: Typischer Aufbau eines amperometrischen Biosensors [8.21].<br />
Deutlich wird auch an <strong>die</strong>sem Beispiel <strong>die</strong> zentrale Rolle von Grenzflächenreaktionen.<br />
Ausblick<br />
Die Verfügbarkeit von Reinstmaterialien, Reinsträumen und Ultrahochvakuumtechnologien<br />
setzt uns heute in <strong>die</strong> Lage, nahezu perfekte Grenzf1ächen mit einer Kontrolle bis<br />
in den atomaren Bereich herzustellen. Methoden der Oberflächenspektroskopie führen<br />
zu detaillierten Informationen über chemische Zusammensetzung, geometrische, elektronische<br />
und dynamische Strukturen von Grenzflächen, <strong>die</strong> vor, während und nach dem<br />
Sensoreinsatz bestimmt werden können. Daraus können Rückschlüsse auf molekulare<br />
Detektionsmechanismen gezogen werden. Durch Vergleich von Ergebnissen an realen<br />
praktischen Sensorstrukturen mit denen von Prototypstrukturen werden Ergebnisse aus<br />
der Grundlagenforschung übertragbar und für den Anwender verfügbar. Damit lassen<br />
sich praktische Sensoren systematisch optimieren und neue Sensor-Konzepte entwickeln.<br />
Kontrollierte Transporteigenschaften in Dünnschichtstrukturen sind von prinzipiellem<br />
Interesse für zukünftige Anwendungen nicht nur in der chemischen <strong>Sensorik</strong>, sondern