Entwicklung und Charakterisierung von nanoelektromechanischen Flüssigkeitssensoren für die Einzelzellanalytik

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Cantileversonden, also Balkenschwinger, werden inzwischen sehr erfolgreich als empfindliche Gas- und Flüssigkeitssensoren eingesetzt. Der Durchbruch im herausfordernden Bereich der Einzelmolekül-Detektion gelang auf Grund prinzipieller technischer Grenzen bisher jedoch nicht. Daher werden in diesem Projekt basierend auf dem gleichen Prinzip, aber völlig neuer, zum Patent eingereichter Ausführungsformen zwei verschiedene Sensorkonzepte untersucht. Sie sollen es gestatten, die Sensitivität weiter zu steigern, so dass bei einem Einsatz in Flüssigkeiten eine zuverlässige Einzelzell- und, darauf aufbauend, eine Einzelmolekül-Detektion möglich wird. Wie bekannt schwingt der klassische Cantileversensor als Flüssigkeitssensor gegen die gesamte Flüssigkeit, so dass seine Güte - trotz entwickelter Güteschaltung - wesentlich kleiner als in Luft ist. Im ersten Konzept werden deshalb schwingende Mikrosäulen von einem schmalen Luftspalt umgeben, so dass nur der Säulendeckel von der Flüssigkeit benetzt als Sensor wirkt, die restliche Säule aber frei im Luftspalt schwingt. Dadurch soll eine erhöhte Güte erreicht und somit eine empfindlichere Messung eines Flüssigkeitsanalyten ermöglicht werden. Mit der Miniaturisierung des Sensors geht allerdings auch eine Verkleinerung der sensitiven Fläche einher, die die Nachweisempfindlichkeit senkt. Deshalb soll im zweiten Konzept eine Säule geringen Durchmessers mit einem vergleichsweise großen Deckel (aber doch viel kleiner als ein Cantilever) versehen werden, der für sich schwingungsfähig ist und hohe Resonanzfrequenzen aufweist. Damit wären beide Vorteile in einem Sensor kombiniert. Beide Typen sollen detailliert bezüglich physikalischer und sensorischer Parameter charakterisiert werden.