1 Überblick über die Sensorik

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