Strukturdesign der Liganden
Die Entwicklung von Liganden mit hoher Selektivität gegen verschiedene Chemikalien oder Substanzklassen entspringt der Schnittstelle zwischen Theorie und Laborarbeit, dem „virtuellen Experiment“, welches auf dem System der Molekularen Dynamik (MD) basiert und in unserer Gruppe zu Simulationszwecken zum Design der Liganden für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt wird.
Die nachfolgende Abbildung zeigt das Ergebnis einer solchen molekulardynamischen Simulation. Dabei wechselwirkt Dimethylsulfoxid (LIG1) über Wasserstoffbrückenbindungen (grün gepunktete Linien) mit Hydroxylgruppen auf der Oberfläche von aktiviertem Kieselgel.
Die auf diese Weise berechneten möglichen Liganden werden anschließend chemisch synthetisiert und im Labor auf ihre Selektivität und Kinetik sowie Stabilität unter Einsatzbedingungen in entsprechenden Analysen verifiziert.
Detektionsmethode
Als Detektionsmethoden kommen für Sensoren mehrere Möglichkeiten in Frage, die unter anderem auch von der Beschaffenheit des eingehenden Signals abhängen, welches detektiert werden soll.
Allgemein kann das eingehende Signal dabei thermischer, optischer, elektrischer, chemischer oder gravimetrischer Natur sein, so dass nach Kopplung des Signals an den Transducer folgende fünf Sensorklassen unterschieden werden können:
Thermistoren
- Mit Thermistoren können Temperaturunterschiede als Signal detektiert werden, sofern die Differenzen größer als 0,00001 K sind. Thermistoren werden daher klassischerweise bei der Detektion von Reaktionswärmen eingesetzt, welche z. B. bei Adsorptionsprozessen (wie der Anlagerung des zu detektierenden Stoffes auf der Sensoroberfläche) freigesetzt werden.
Optoelektronische Sensoren
- Durch optoelektronische Sensoren können Veränderungen der optischen Parameter eines Messmediums ermittelt werden wie z. B. Absorptionseigenschaften oder Änderungen der Wellenlänge bzw. des Brechungsindexes.
Potentiometrische / Amperometrische Sensoren
- Potentiometrische Sensoren messen die Veränderung der Ladungsdichte an einer Elektrodenoberfläche, die z.B. durch selektive Bindung von Liganden oder durch biokatalytische Prozesse entstehen kann.
Amperometrische Sensoren basieren auf dem Prinzip der Messung des Stroms einer konstanten Potentialdifferenz zwischen Messelektrode und Referenzelektrode, wobei der Analyt an der Messelektrode oxidiert oder reduziert werden kann.
Chemoresistoren
- Chemoresistoren wandeln das zu detektierende chemische Signal, das häufig physikalisch-chemischer Natur ist und z. B. durch die Adsorption von Liganden an Zielmoleküle erzeugt werden kann, in ein elektrisch zu messendes Signal um. Sie eignen sich daher gut für die Bestimmung von gasförmigen Analyten.
Piezoelektronische Sensoren
- Mit diesen Sensoren wird die Anlagerung von Analyten auf der modifizierten Oberfläche eines Schwingquarzes nachgewiesen. Diese führt zur Erhöhung der Masse des Schwingquarzes. Über die Erniedrigung seiner Resonanzfrequenz lässt sich diese Massenänderung nachvollziehen.
Letzte Änderung: 5. Februar 2018