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Charakterisierung eines integrierten Oberflächenplasmonresonanz-Sensors

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Burfeind, Axel:
Charakterisierung eines integrierten Oberflächenplasmonresonanz-Sensors.
Bayreuth , 2012
(Diploma, 2012 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien)

Abstract in another language

Mit Hilfe der Oberflächenplasmonenresonanz (surface plasmon resonance: SPR) können sehr kleine Änderungen des Brechungsindexes an einer Phasengrenze zwischen einem Metall (z.B. Gold) und einer Flüssigkeit (z.B. Wasser) detektiert werden. Damit können Oberflächenprozesse wie z.B. die Bindung eines Antikörpers an eine mit einem Antigen modifizierte Metalloberfläche untersucht werden. Dabei kann auf die sonst übliche Markierung eines Reaktanten verzichtet werden.

Ausgangspunkt der Arbeit war ein kommerzieller SPR ‐ Sensor (Fa. SPREETA: Evaluierungsmoduls SPR ‐ EVM ‐ BT). Diese preiswerte Sensorplattform ermöglicht einfache Messungen zeigt aber Limitierungen bei der Handhabung, dem Temperatureinfluss, der Reproduzierbarkeit und der Auflösung. Das Ziel der Arbeit bestand darin, die Grenzen des Messsystems zu charakterisieren und den Messaufbau zu verbessern.

Der SPR ‐ Sensor ermöglicht laut Hersteller die Messung des Brechungsindexes auf die fünfte Nachkommastelle genau, da das Messsignal des Brechungsindexes nur mit einem weißen Rauschen überlagert ist. Die Standardabweichung des Signals vom Mittelwert hat den Betrag von 2,7 × 10 ‐ 6 RIU. Es konnten mit dem ursprünglichen Aufbau reproduzierbare Messungen des Brechungsindexes nur bis auf die vierte Nachkommastelle durchgeführt werden, was das Verbesserungspotential bestätigt.

Es konnte festgestellt werden, dass ein linearer Zusammenhang zwischen dem Brechungsindex und der Umgebungstemperatur des SPR ‐ Sensors besteht. Die Temperaturempfindlichkeit des Brechungsindexes liegt im Bereich von 2 × 10 ‐ 5 bis 3 × 10 ‐ 5 RIU / °C . Dieser Wert ermöglicht die rechnerische Korrektur des Fehlers des Brechungsindexes auf Grund von Temperaturschwankungen. Ob diese Korrektur bereits ausreichend ist, auch die fünfte Nachkommastelle des Brechungsindexes reproduzierbar zu messen, muss noch mit weiteren Versuchen nachgewiesen werden.

Die Erwärmung durch die Leuchtdiode führt zu einem Temperaturanstieg von mehr als 0,1 °C in 60 min bei 21,5 °C Umgebungstemperatur, also zu einer Brechungsindexänderung von 3 × 10 ‐ 6 RIU. Die Änderung der Umgebungstemperatur während eines Versuches von 60 min liegt in der Größenordnung von 0,24 °C, also einer Brechungsindexänderung von 7 × 10 ‐ 6 Brechungsindexeinheiten. Die Änderung des Brechungsindex während eines Versuches von 60 min kann also mit ungefähr 1 × 10 ‐ 5 RIU angegeben werden.

Insgesamt sind die temperaturbedingten Fehlerquellen für Brechungsindexänderungen die Eigenerwärmung des SPR ‐ Sensors durch die integrierte Leuchtdiode und die Temperaturschwankungen der Umgebung. Deren Einfluss konnte abgeschätzt und durch den neuen Messaufbau reduziert werden, so dass nun ein verbesserter Messplatz für praktische Anwendungen zur Verfügung steht.

Further data

Item Type: Master's, Magister, Diploma, or Admission thesis (Diploma)
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Functional Materials > Chair Functional Materials - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
Faculties
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Functional Materials
Profile Fields > Advanced Fields > Advanced Materials
Research Institutions > Research Centres > Bayreuth Center for Material Science and Engineering - BayMAT
Profile Fields
Profile Fields > Advanced Fields
Research Institutions
Research Institutions > Research Centres
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 03 Mar 2015 07:46
Last Modified: 11 Aug 2016 07:24
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/7665