Biomedizinische Sensorplattform auf Basis eines optischen Mikroresonatorarrays

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Ostendorf
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235490255

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Kernstück dieses Projektes war der Nachweis, dass durch die Verwendung eines Mikroresonatorarrays auf den Einsatz eines durchstimmbare Lasers mit sehr hoher spektraler Auflösung verzichtet werden kann. Solche Laser sind in mit diesem Projekt vergleichbaren Anwendungen von Mikroresonatoren erforderlich. Dieser Nachweis konnte erbracht werden. Es konnte gezeigt werden, dass mit einem Sensorchip, einer Auswerteeinheit und einem monofrequenten Laser, wie geplant, ein funktionstüchtiges Messsystem aufgebaut werden kann. Mit diesem System wurde der Brechungsindex einer Flüssigkeit mit einer Genauigkeit ≤ 5 · 10^−4 RIU bestimmt. Zur Auswertung der Daten wurden, wie vorgesehen, verschiedene Verfahren getestet. Erste Messungen an mit Streptavidin beschichteten Mikroresonatoren verliefen erfolgreich. Deutliche Verzögerungen gegenüber den geplanten Arbeiten ergaben sich aber vor allem durch die Materialeigenschaften von PMMA, die schlechten Resonanzeigenschaften kommerziell erhältlicher beschichteter Glaskugel und Stabilitätsprobleme bei der Kamera. Mit Resonatoren aus PMMA lagen beim Einsatz im Trockenen sehr gute Erfahrungen vor, sie sollten daher auch in Flüssigkeiten eingesetzt werden. Ihre Verwendung in flüssiger Umgebung musste aber mangels Stabilität schließlich aufgegeben werden. Bei den weiteren Untersuchungen kamen nur mehr Glasresonatoren zum Einsatz. Die Qualität der Glasresonatoren war aber wesentlich schlechter als die der PMMA-Resonatoren. Erhebliche, nicht vorhergesehene Probleme bereitete die Kameradrift. Die Ursachen konnten noch nicht geklärt werden; Alternativen standen nicht zur Verfügung. Die beschriebenen Probleme führten dazu, dass zwar eingehende Messungen mit unbeschichteten Array zur Messung von Konzentrationen in Lösungen durchgeführt wurden. Messungen an einem beschichteten Array waren zwar erfolgreich, konnten aber nicht im vorgesehen Umfang durchgeführt werden. Die geplanten systematischen Untersuchungen an beschichteten Arrays stehen noch aus. Die bei den Untersuchungen aufgetretenen Probleme erscheinen lösbar. Eine weitere Verfolgung des in diesem Vorhaben eingesetzten Konzeptes erscheint vielversprechend und sehr wünschenswert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Spherical optical microresonator array as a multi-purpose measuring device, Proc. SPIE 8960, Laser Resonators, Microresonators and Beam Control XVI, 89600H (2014)
  T. Weigel, H. Dobbelstein, C. Esen und A. Ostendorf
  
• Biochemical component identification by plasmonic improved whispering gallery mode optical resonance based sensor, Proc. SPIE 9126, Nanophotonics V, 91260V (2015)
  V. Saetchnikov, E.A. Tcherniavskaia, A.V. Saetchnikov, G. Schweiger und A. Ostendorf