Chip-basierte Biosensoren

“Chip-based biosensing” is representing a highly interdisciplinary subject covering different aspects of engineering sciences, physics, chemistry and biology. The students have to acquire the fundamental understanding of function and working principles of chip-based biosensors as well as methods for sensor characterization. They know different applications of those sensor types. Moreover, they adopt latest state-of-the-art knowledge related to silicon-based (bio-)chemical sensing. They have the capability to work in this field as well as to perform research and development: the students should be able to present solutions concerning various aspects, which they have solved individually. In this module, especially in the practical training, the students have to fabricate in teams their own miniaturized biosensor (e.g., amperometric glucose sensor, penicillin field-effect sensor) including design aspects, fabrication techniques, surface characterization methods and electrochemical analysis. This supports the students to solve complex tasks with their own responsibilities and to discuss and defend their achieved results.

Chipbasierte Biosensoren repräsentieren ein hoch interdisziplinäres Themenfeld, wo unterschiedliche Aspekte aus den Ingenieurwissenschaften, Physik, Chemie und Biologie inkludiert sind. Die Studierenden eignen sich fundamentale Kenntnisse zum Funktionsprinzip und der Arbeitsweise von chipbasierten Biosensoren an, sowie
zuzüglich Methoden der Sensorcharakterisierung. Wo liegen mögliche Anwendungsgebiete solcher Sensoren? Letzteres beinhaltet auch „state-of-the-art“-Wissen aktueller Trends. Die Studierenden erarbeiten sich die Fähigkeiten in diesem Gebiet zu arbeiten, sowohl im Bereich der Forschung als auch der Entwicklung. Sie sollen dazu befähigt sein, Lösungen im Umfeld der Thematik selbstständig zu generieren. In dem Modul, insbesondere im Rahmen des Praktikums, werden sie ihren „eigenen“ Biosensor herstellen (z.B. amperometrischer Glukosesensor oder potentiometrischer Penizillinsensor), wobei sie Designaspekte, Herstellungstechniken, Oberflächen- und Schichtcharakterisierung und elektrochemische Charakterisierung der Sensoren mit in die Entwicklung einbringen müssen. Dies unterstützt die Studierenden darin, auch komplexe Fragestellungen eigenverantwortlich zu lösen und ihre Ergebnisse nach „außen“ zu verteidigen und zu vertreten.

Transducer principles for chemical and biosensors / Immobilization principles for receptor molecules on solid surfaces / Measurement techniques and data acquisition / Fabrication techniques (thin-film techniques, semiconductor technologies, thick-film techniques) and methods for surface analysis / physical characterization techniques (e.g., AFM, profilometry, ellipsometry, SPR, etc.) / Electrochemical characterization techniques (e.g., impedance spectroscopy, voltammetry, coulometry, amperometry, conductometry, potentiometry, field-effect measurements, light-addressable measurements) / Recent trends in biosensing / (bio-)medical applications (e.g., DNA sensing, cell-based biosensors).

Transduktionsprinzipien von Chemo- und Biosensoren / Immobilisierungstechniken für Rezeptormoleküle auf Festkörperoberflächen / Messtechniken und Datenauswertung / Herstellungstechniken (Dünnfilmtechnik, Siliziumplanartechnologie, Dickfilmtechnik) und Methoden der Oberflächen- und Schichtcharakterisierung (z.B. AFM, Profilometrie, Ellipsometrie, SPR, etc.) / Elektrochemische Methoden (z.B. Impedanzspektroskopie, Voltammetrie,
Coulometrie, Amperometrie, Konduktometrie, Potentiometrie, Feldeffektmessungen) / Trends in der Biosensorik mit dem Fokus auf biomedizinischen Anwendungen (z.B. DNA-Sensorik, zellbasierte Sensorik).

• M.J. Schöning; „Skript zur Vorlesung Chip-basierte Biosensoren“ , FH Aachen, 2010
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