Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3837
Schroth, Peter
Biosensoren auf der Basis von Halbleiter-Feldeffektstrukturen mit angekoppelten Insektenantennen
IV, 91 S., 2000
In der vorliegenden Arbeit sollte durch Ankopplung der
Insektenantennen verschiedener Käferarten an einen
Feldeffekttransistor ein Biosensor zur Detektion kleinster
Konzentrationen von organischen Duftstoffen entwickelt werden.
Dazu wurde mit dem BioFET (biologisch sensitiven
Feldeffekttransistor) ein Sensorkonzept vorgestellt, bei dem eine
Insektenantenne über eine Elektrolytlösung elektrisch mit
dem Gate des Feldeffekttransistors verbunden wird
(bioelektronische Schnittstelle). Die während des
Riechvorgangs in der Antenne gebildeten elektrischen Potentiale
werden über den Elektrolyten auf den Transistor übertragen
und dort ausgelesen. Die Feldeffekttransistoren wurden mit den
Methoden der Siliziumplanartechnologie hergestellt und im Hinblick
auf ihre elektronischen Eigenschaften charakterisiert. Als
vorteilhaft erwiesen sich dabei Gates in Mäanderform, die sich
durch ein hohes W/L-Verhältnis auszeichnen. Die
Insektenantennen wurden mit Hilfe der Impedanzspektroskopie
elektrisch charakterisiert. Dabei konnte gezeigt werden, daß
sowohl die Anwesenheit von Duftstoffen, als auch eine angelegte
Biasspannung und das Alter der Antenne die Impedanz beeinflussen.
Die eigentlichen Duftstoffmessungen mit dem BioFET wurden mit
verschiedenen Käferarten (Kartoffelkäfer, Stahlblauer
Kiefernprachtkäfer, Spodoptera littoralis sowie Diabrotica
undecimpunctata) und Duftstoffen (cis-3-hexen-1-ol, Guaiacol,
1-octen) durchgeführt. Je nach verwendeter Antenne konnten
Duftstoffkonzentrationen bis in den unteren ppt-Bereich
reproduzierbar nachgewiesen werden. Bei Messungen unter
Realbedingungen in einem Treibhaus konnte die Eignung des Sensors
für den empfindlichen Nachweis von Pflanzenschäden
nachgewiesen werden.
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