Optische Biosensoren auf Basis von porösem Silicium

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Das Ziel der projektierten Arbeit ist die Entwicklung optischer Biosensoren, die eine mikrophysiologische Untersuchung von lebenden Zellen erlauben. Die Biosensoren sollen aus porösem Silicium aufgebaut werden. Die Detektion der Stoffwechselaktivität wird durch optische Reflexionsspektroskopie erfolgen, die auf Verschiebungen von Reflexionsmaxima durch Änderungen des Brechungsindex in den Poren beruht. Zwei unterschiedliche, sich ergänzende Konzepte werden in diesem Projekt verfolgt. Auf der einen Seite sollen auf einem Silicium-Wafer Makroporen erzeugt werden, die als Bioreaktoren für einzelne Zellen dienen. In der Umgebung dieser Makroporen befinden sich kleinere Nanoporen, welche die Analytik des Nährmediums erlauben, das die Zellen umgibt. Für die simultane, spezifische Analyse bestimmter Stoffwechselprodukte sollen auf der anderen Seite Mikropartikel aus porösem Silicium mit optischer Kodierung, einer Art Strichcode, eingesetzt werden. Auf der Oberfläche des porösem Siliciums werden spezifische Erkennungsmerkmale, wie z.B. kohlenhydratbindende Lektine immobilisiert, die zur Anbindung an die Zellen dienen. Zusätzlich muss die Oberfläche mit Rezeptoren für die Analyse bestimmter Moleküle belegt werden. Die Kopplung beider Rezeptoren an die Oberfläche darf ihre Bioaktivität nicht verändern. Die Anwesenheit bestimmter Analyte in der Nähe der Zellen soll in vitro untersucht und das Verfahren anschließend validiert werden. Die entwickelten Konzepte und Materialien dieser Arbeit sollten eine große Anzahl von Applikationen ermöglichen, wie z.B. die Herstellung implantierbarer drug delivery Systeme oder Screening-Verfahren mit hohem Durchsatz.