Tintenstrahldruck wellenlängenselektiver optischer Detektoren zur Integration in mikrofluidische Lab-on-a-Chip Systeme

Kemper, Falk GND

Mikrofluidische Lab-on-a-Chip Systeme haben das Potenzial zur Etablierung einer dezentralen Point-of-Care Diagnostik in Laborqualität. Ein wichtiges Ziel ist dabei die kostengünstige Integration verschiedener Funktionalitäten, die eine vielseitige Analytik ermöglichen. Schlüsselkomponenten bilden optische Messverfahren auf Chipbasis, mit denen sich sehr geringe Konzentrationen verschiedener chemisch, medizinisch und biologisch relevanter Substanzen nachweisen lassen. Ein häufig verwendetes Verfahren ist die Fluoreszenzlichtdetektion. Die hybride Integration macht die Chips jedoch teuer und damit für Point-of-Care Anwendungen uninteressant. Die Entwicklung monolithisch integrierbarer Fluoreszenzlichtdetektoren ist daher Grundvoraussetzung für die Etablierung mikrofluidischer Chips im Point-of-Care-Bereich. Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein Verfahren zur kostengünstigen tintenstrahldruckbasierten Fertigung eines Fluoreszenzlichtdetektors entwickelt. Den Sensor bildet eine vollständig gedruckte Photodiode zur Messung von Fluoreszenzlicht im VIS-Bereich. In Kombination mit einem ebenfalls entwickelten, spektral adaptierbaren, plasmonischen Lichtfilter ist der gesamte Detektor wellenlängenselektiv und damit vielseitig einsetzbar. Die Photodiode ist als 4-Schicht-Stapel ausgelegt. Die Sensitivität wurde durch eine neu entwickelte Materialkombination zur Anpassung der Austrittsarbeit der Kathode optimiert. Dadurch kann das selbe Material sowohl als Kathode als auch als Anode fungieren und der Herstellungsprozess vereinfacht werden. Die entwickelten organischen Photodioden zeigen Wirkungsgrade um = 1,7 % bei einer maximalen externen Quantenausbeute von EQE 33%. Zur Herstellung der plasmonischen Lichtfilter wurde eine photochemische Syntheseroute von Silber-Nanopartikeln in einer Polyethylenimin-Matrix entwickelt. Ihre Absorptionseigenschaften sind photochemisch einstellbar. Mit dem Gesamtdetektor lassen sich Rhodamin 6G Konzentrationen von 100 nmol/L nachweisen.

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Kemper, Falk: Tintenstrahldruck wellenlängenselektiver optischer Detektoren zur Integration in mikrofluidische Lab-on-a-Chip Systeme. Jena 2019.

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