Das Projekt "Teilvorhaben: Herstellung von Nanorod-Substraten für die Biosensorik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik durchgeführt. Das Teilvorhaben beschäftigt sich mit der Abscheidung von Metallschichten als Basis der Gold-Nanorod-Herstellung. Ziel ist die Abscheidung von Titan-Haftvermittler-, Gold-Elektroden und Aluminium-Schichten. Die Herstellung der Nanorods für den im Verbundprojekt zu realisierenden Sensors erfolgt durch Anodisierung der Aluminiumschicht und der Befüllung der so entstehenden Poren mit Gold. Durch die gezielte Prozessführung während der Anodisierung lassen sich die Strukturparameter der Nanorods und dadurch die optische Resonanzwellenlänge des Sensors einstellen. Das Anodisierungsverhalten ist stark von der Mikrostruktur der Al-Metallschichten abhängig, so dass die Bestimmung der optimalen Prozessparameter für die Abscheidung ein integraler Aspekt des Vorhabens ist. Auf dem gewählten Substrat (standardmäßig Glas) wird nach geeigneter Substratvorbehandlung mittels Magnetron-Sputtern zuerst eine Haftvermittlerschicht, danach eine Gold-Schicht als Elektrode und anschließend eine Aluminiumschicht abgeschieden. Dabei ist insbesondere die Bestimmung der optimalen Prozessparameter zur Abscheidung der Al-Schichten nach Anforderungen an das Nanorod-Substrat durch die Sensoranwendung ein wichtiger Aspekt. Begleitend zu allen Schritten erfolgen Charakterisierungen der hergestellten Schichten und Schichtsysteme. Eine wesentliche Aufgabe ist die Bereitstellung geeigneter Testsubstrate für die Projektpartner im gesamten Projektverlauf.
Das Projekt "Teilvorhaben: Herstellung und Charakterisierung von Nanorod-Arrays als sensorisches Substrat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Fachrichtung Physik, Institut für Angewandte Physik - Angewandte Photophysik (IAPP) durchgeführt. Für die Ermittlung von Schadstoffen bzw. Rückständen in Lebensmitteln und Gewässern wird im Projekt PlasmoSens ein kompakter, modularer Sensor entwickelt. Dieser soll eine Analyse von z.B. Pestiziden und/oder Antibiotika vor Ort ermöglichen, welche somit fernab von Laboren zur Überwachung von Gewässern und Lebensmitteln eingesetzt werden kann. Für diese Aufgabe werden Gold-Nanorod-Arrays als sensorisches Substrat evaluiert, welche plasmonische Eigenschaften aufweisen. Diese Nanorod-Arrays eignen sich aufgrund ihrer Struktureigenschaften zur Signalverstärkung und sollen somit eine hochsensitive und markierungsfreie optische Detektion ermöglichen. Das Institut für Angewandte Physik (IAP) beschäftigt sich im Rahmen des Projektes mit der Erprobung von Nanorod-Arrays und deren Optimierung bezüglich der Strukturparameter für die Anwendung in der Biosensorik. Hierbei kommen nasschemische Verfahren zum Einsatz, sowie v.a. optische Spektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie für deren Charakterisierung. Die Funktionalisierung der Nanorod-Substrate, sowie der Bau der modularen Sensorplattform wird durch Projektpartner realisiert, wobei das IAP beratende Funktion hat. Weiterhin wird sich das IAP mit der Evaluierung geeigneter Detektionsalgorithmen beschäftigen. Das IAP übernimmt die Koordination des Verbundprojektes.
Das Projekt "Teilvorhaben: Kompaktsystem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IfU - Diagnostic Systems GmbH durchgeführt. In dem Verbundprojekt 'PlasmoSens' soll die Vor-Ort-Analyse von umwelt- und lebens- mittelbelastenden Stoffen, wie z.B. Pestiziden oder Antibiotika, mit Hilfe eines zu entwickelnden kompakten, modularen Sensors realisiert werden. Der zu entwickelnde Sensor nutzt das Prinzip der lokalisierten Oberflächenplasmonenresonanz- Spektroskopie, wobei aufrecht stehende Nanorods als sensitives Element eingesetzt werden. Die Neuheit besteht hier durch die Verwendung des Nanorod-Substrates, welches durch seine spezifische Geometrie mehrere Vorteile bietet: Zum einen ist durch die aufrecht stehenden Nanorods eine größtmögliche Oberfläche zur Anbindung der zu analysierenden Moleküle verfügbar, zum anderen kann durch die gezielte Modifizierung der Strukturparameter (Länge, Abstände, Durchmesser) der Nanorods die auflösungs- beeinflussende, optische Resonanzwellenlänge eingestellt werden. Weiterhin erlaubt die einfache Anregung der lokalisierten Oberflächenplasmonenresonanz (LSPR), dass die optische Strahlführung gegenüber herkömmlichen SPR-Technologien vereinfacht werden kann. Dies dient der Miniaturisierung und Robustheit des modularen Sensors. Die IfU Diagnostic Systems GmbH wird den Bau der eigentlichen Sensor-Plattform übernehmen. Dazu wird in Abstimmung mit den Projektpartnern die Auswahl des geeigneten Spektrometers getroffen. Ebenso erfolgt die Integration der Nanorod- Teppiche, sowie der mikrofluidischen Analyseplattform in den Sensor unter Leitung der IfU. Für den Betrieb des Sensors werden zudem die elektronische Ansteuerung und die Softwarealgorithmen entwickelt. Die IfU wird sich weiterhin an den Applikationstests zur Detektion der Schadstoffmoleküle, sowie der optischen Signalauswertung beteiligen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Design und Realisierung der mikrofluidischen Plattform, Funktionalisierung der Nanorod-Arrays als sensorisches Substrat sowie Unterstützung bei der Systemintegration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von microfluidic ChipShop GmbH durchgeführt. In dem Verbundprojekt 'PlasmoSens' wird die Vor-Ort-Analyse von umwelt- und lebensmittelbelastenden Stoffen, wie z.B. Pestiziden oder Antibiotika, mit Hilfe eines kompakten, modularen Sensors realisiert. Dieser Sensor nutzt das Prinzip der lokalisierten Oberflächenplasmonenresonanz-Spektroskopie, wobei aufrecht stehende Nanorods als sensitives Element eingesetzt werden. Die Aufgaben von microfluidic ChipShop liegen im Bereich der Nanorods, dem Mikrofluidikchip, der Unterstützung bei der Systemintegration sowie der fluidischen und applikativen Prozessererarbeitung.
Das Projekt "Teilvorhaben: Systemintegration für Gewässermonitoring" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von '-4H- JENA engineering GmbH durchgeführt. In diesem Projekt soll ein neuartiger, modularer Sensor erarbeitet werden, der eine Diagnose mittels lokalisierter Oberflächenplasmonenresonanz-Spektroskopie von Schadstoffen (z.B. Pestizide, Antibiotika, etc.) in Gewässern und Lebensmitteln erlaubt. Der zu entwickelnde Sensor bestehend aus funktionalisierten Nanorods, Mikrofluidik und Spektrometer wird in ein spezifisch dafür zu entwickelndes dabei aber möglichst anwendungsnahes Geräteumfeld integriert und in einer Testumgebung getestet. Die Aufgaben der -4H- JENA Engineering GmbH (4HJE) innerhalb des Verbundprojektes sind im Besonderen: - Entwicklung der Gerätebaugruppe mit Energieversorgung, übergeordneter Steuerelektronik, der Fluidikkomponenten und Gehäusetechnik - Programmierung einer Steuerungs-, Datenmanagement- und Visualisierungssoftware - Systemintegration der einzelnen Komponenten - Erprobung, Verifizierung und Validierung des Gesamtsystems für einen Einsatz im Gewässermonitoring Neben der Systemintegration sind drei wesentliche Arbeitsziele zu nennen. 1. Datenmanagement Es soll eine Plattform generiert werden, die die Daten des Sensors entgegennimmt, darstellt und für übergeordnete Systeme zur Verfügung stellt. Auch die Onlineübertragung von Messwerten ist Teil dieser Aufgabe. 2. Steuerhardware und -software Für den Sensor muss ein geeigneter Elektronikbaustein mit zugehöriger Software erstellt werden. Dieser dient als Schnittstelle zwischen Sensor und Datenmanagement. Die Umsetzung von angeforderten Betriebszuständen, die Protokollierung der Betriebszustände, sowie die Entgegennahme und Bewertung von Messungen und Messdaten ist Aufgabe dieses Moduls. 3. Erprobung nach erfolgreicher Zusammenstellung wird die Einsatzfähigkeit des Gesamtsystems (Plattform mit Sensor) zunächst im Labor und anschließend im Feldversuch validiert. Durch parallele Laboranalysen der Gewässerproben kann die Genauigkeit und Verwertbarkeit der gewonnenen Ergebnisse sicher verifiziert werden.