Elektronische Steuerung von Sensoren in Molekülgröße
Die Kombination aus Wissen und Erfahrung in einer Vielzahl unterschiedlicher Wissenschaftsbereiche in Verbindung mit Innovation und Erfindungsgabe haben zur Verwirklichung eines hochgenauen Biosensors geführt. Im Rahmen des von der EU geförderten SPOT-NOSED-Projektes wurde ein Nano-Biosensor-Array hergestellt. Die Wissenschaftler haben einen einzelnen Geruchsrezeptor zwischen zwei metallischen Nanoelektroden befestigt. Änderungen der elektrischen Eigenschaften des Rezeptors werden aufgezeichnet und stellen das Datensignal dar. Der entwickelte Nanotransducer ist der Grundbaustein des Biosensor-Arrays. Für die Implementierung ihrer Vorstellungen haben die SPOT-NOSED-Projektpartner Nanolithografie und Mikroelektronik für die Metallelektroden sowie Biochemie und Biotechnologie für die Isolierung und Steuerung einer ausreichenden Zahl Geruchsrezeptoren eingesetzt. Ein Geruchsrezeptor, das Erkennungssystem des Sensors, erkennt und unterscheidet einzelne Geruchsmoleküle. Das Einzelprotein-Nano-Biosensor-Array kann mithilfe speziell für das Array entwickelter elektronischer Instrumente eine elektrochemische Charakterisierung vieler verschiedener Proben durchführen. Andere auf dem Markt erhältliche elektronische Systeme sind nicht nur teurer, sondern, noch wichtiger, können die Nanotransducer des Arrays nicht korrekt ansteuern und regeln. Im Gegensatz dazu kann das von den SPOT-NOSED-Projektpartnern entwickelte Messsystem problemlos an Elektroden von Mikro- bis Nanogröße angepasst werden. Der Nanochip passt dank Chip-on-Board perfekt in die elektrochemische Zelle. Weiterhin wurden zwei unterschiedliche elektronische Datenstationen für den Mikro- und Nanobereich der Elektroden entwickelt. Im Mikrobereich zieht das Frontend maximal 1µA Strom bei einer Signalbandbreite von 2MHz. Im Nanobereich verringern sich die Werte auf 10nA maximalen Strom und 0,9MHz Signalbandbreite. Dank aufwendiger Softwarecodes sowie effizienter Signalerzeugung und -erfassung ist eine leistungsfähige Datenbearbeitung problemlos möglich.
