P02 - Ethanol-sensitive Hydrogele auf plasmonischen Sensorsubstraten: Einfluss des Quellvorgangs auf die Brechzahländerung
- Event
- 16. Dresdner Sensor-Symposium 2022
2022-12-05 - 2022-12-07
Dresden - Band
- Poster
- Chapter
- Sensoren für Verfahrenstechnik und (Bio-)Prozesse
- Author(s)
- J. Herzog, T. Härtling, G. Gerlach - Technische Universität Dresden, Dresden/D, N. Steinke, C. Schuster - Fraunhofer-Institut für keramische Technologien und Systeme, Dresden/D, M. Rio - Fraunhofer Portugal Center for Smart Agriculture and Water Management AWAM, Vila Real/PT
- Pages
- 82 - 85
- DOI
- 10.5162/16dss2022/P02
- ISBN
- 978-3-9813484-5-3-1
- Price
- free
Abstract
Für die Herstellung von Pharmazeutika und Lebensmitteln sowie in der Biotechnologie spielen verfahrenstechnische Prozesse eine grundlegende Rolle. Für die Sicherung der Qualität und zur Prozesskontrolle ist dabei eine permanente Prozessüberwachung vorteilhaft und teilweise sogar notwendig. Zu den sich in Reaktionsprozessen fortlaufend ändernden Parametern zählen zum einen die stoffliche Zusammensetzung der Prozessflüssigkeit und zum anderen auch Prozessgrößen wie Druck und Temperatur. Für die Prozessüberwachung spielt meist nicht ein einzelner Parameter eine wichtige Rolle, sondern das Zusammenspiel mehrerer Messgrößen. Somit erlangen Messtechniken immer größere Bedeutung, welche inline gleichzeitig mehrere Parameter bestimmen. Die Echtzeitüberwachung von häufig auftretenden Größen wie z.B. pH-Wert oder Temperatur, ist bereits industriell etabliert. Hingegen ist die gleichzeitige vor-Ort-Überwachung mehrerer chemischer Parameter, die Rückschlüsse auf Stoffkonzentrationen geben, weiter Fragestellung der Forschung. Häufig wird Nahinfrarotspektroskopie zur gleichzeitigen oder inline Detektion verfahrenstechnischer Prozesse angewendet. Die dafür notwendigen großen und teuren Geräte, arbeiten zuverlässig in Laboren, sind für vor-Ort-Anwendungen jedoch nicht ausreichend robust oder präzise. Des Weiteren sind sehr zeitaufwendige Datenauswertungen notwendig. Das hier eingesetzte Sensorkonzept dient der optischen Detektion der Änderung der stofflichen Zusammensetzung von Flüssigkeiten. Dabei kommt ein kompaktes, plasmonisch aktives Sensorsubstrat zum Einsatz, welches eine Sensitivität gegenüber der oberflächennahen Brechzahländerung des zu untersuchenden Mediums aufweist und kostengünstig herstellbar ist. Darüber hinaus bietet ein solches Sensorsubstrat entsprechend der Herstellung und des Sensoraufbaus die Möglichkeit mehrere Parameter gleichzeitig zu detektieren. Für die selektive, parallele Parameterbestimmung bietet die Anwendung von Stimuli-responsiven Hydrogelen einige Vorteile. Zum einen sind Hydrogele kostengünstig und einfach in der Handhabung, zum anderen handelt es sich dabei um biokompatible Substanzen, die auch im medizinischen Bereich Anwendung finden [5]. Hydrogele sind dreidimensionale Polymernetzwerke, die in Folge eines Stimulus große Mengen an Flüssigkeit absorbieren. Dieser Vorgang ist reversibel, wobei die Flüssigkeit desorbiert wird sobald der Stimulus entfernt wurde [5,6]. Entsprechend ändert sich das Polymer-Flüssigkeits-Verhältnis während eines Quell- bzw. Entquellvorgangs. Mittels des plasmonischen Sensorsubstrats wird die Brechzahl des Hydrogels nHydrogel detektiert, die von den Brechzahlen von Polymeretzwerk nPolymer und Analyt nAnalyt sowie den gemäß Quellgrad vorliegenden Volumenanteilen vi abhängt.