Kraftkompensierte chemische Sensoren auf der Basis bisensitiver Hydrogele

Die Messung von stofflichen Konzentrationen mit Hilfe von piezoresistiven Hydrogelsensoren birgt großes Potential für die chemische Mess- und Sensortechnik: Das Wirkprinzip bestehend aus dem stimulusresponsiven Polymer als Messaufnehmer und einem Drucksensor als Quelldruckwandler erlaubt das Erfassen verschiedenster Spezies, wie pH-Wert, Ionenkonzentration oder Glucosemolekülen, kostengünstig und auf einfache Weise. Wenngleich diese Sensoren gutes Sensitivitäts- und Reversibilitätsverhalten aufweisen, schränken die viskoelastischen Eigenschaften des quellfähigen Polymers die dynamische Sensorantwort ein. Nach Beaufschlagen der Messlösung bewirken die langwierigen Diffusionsprozesse Einstellzeiten im Bereich von Minuten bis Stunden. In der vorliegenden Arbeit wird die Messmethode der intramolekularen Kraftkompensation zur Verbesserung dieser Eigenschaften vorgestellt, in einen realen Sensoraufbau überführt und untersucht. Das Kompensationskonzept besteht dabei darin, ein bisensitives Hydrogel zu nutzen, das neben der eigentlichen Analyt-Sensitivität eine weitere Empfindlichkeit gegenüber der Temperatur besitzt. Eingebettet in einen geschlossenen Regelkreis soll die Temperaturregelung das System stets in einem Gleichgewicht halten und so die Quellprozesse im Gel unterdrücken. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass diese Form der Kompensation eine signifikante Verkürzung des Einschwingverhaltens um bis zu 70% gestattet und gleichzeitig einen wesentlich vereinfachten und miniaturisierten Sensoraufbau im Vergleich zu anderen Kompensationsverfahren ermöglicht.