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Wie stellt man einen Siliziumchip her? Wie kann man chemische und biologische Prozesse überwachen? Diese und ähnliche Fragen standen im Mittelpunkt eines eintägigen Workshops zur Nanoelektronik, den Schülerinnen und Schüler ab Klasse 10 aufwärts am Institut für Nano- und Biotechnologien (INB) der FH Aachen absolviert haben. Das Ziel des Workshops war es, den Gymnasiasten naturwissenschaftliches Arbeiten und Themengebiete der Naturwissenschaften theoretisch und experimentell näher zu bringen.
Die Schüler aus dem Raum Grevenbroich lernten zunächst in einem Übersichtsvortrag von Prof. Dr. Schöning das Institut für Nano- und Biotechnologien kennen. Im Anschluss präsentierte Prof. Dr. Arno Förster wesentliche Aspekte der modernen Nanotechnologie. Hier wurde der Zusammenhang von elektronischen Strukturen und Sensoren für biologische Prozesse deutlich. Im Anschluss hatten die Schüler in kleinen Gruppen Experimente zur pH-Wert-Bestimmung in Lebensmitteln, zur Glukosemessung in biologischen Proben und zur Strukturierung mit 3-D Druckern durchgeführt. Das Highlight war die Prozessierung im Reinraum des Institutes. Dort wurde ein Siliziumwafer mit einer dünnen lichtempfindlichen Lackschicht versehen, der anschließend fotolithografisch strukturiert und untersucht wurde (Belackung, Härtung, Entwicklung, Profilaufnahme, Mikroskopieren).
Der pH-Wert spielt unter anderem auch bei Nahrungsmitteln eine entscheidende Rolle. Früher wurden Nahrungsmittel mit Geschmacksorganen getestet, dadurch wurden manche als sauer, andere als alkalisch beurteilt. Heutzutage können mit modernen pH-Elektroden diese Geschmackwahrnehmungen in exakte Zahlenwerte eingestuft werden. Bei der Steuerung und Regelung von chemischen oder biologischen Vorgängen spielt die Überwachung des pH-Wertes eine entscheidende Rolle.
Den Schülern wurde im Experiment das Prinzip der potentiometrischen pH-Messung näher gebracht. Im Rahmen der Versuchsreihen wurde eine pH-Glaselektrode mit einem pH-ISFET und pH-Teststreifen verglichen. Zudem wurde eine pH-Wertbestimmung von Lebensmitteln (beispielsweise Saft, Cola, Bananen, Milch, etc.) mit vorher von den Schülern abzugebenden Schätzwerten verglichen.
Bei der Glukosemessung wurde den Schülern am Beispiel des Glukosesensors das Funktionsprinzip eines Biosensors erläutert. Anhand eines Enzym-basierten Platin-Dünnschichtsensors wurden charakteristische Kenngrößen wie Empfindlichkeit, linearer Messbereich und Ansprechzeit experimentell ermittelt.
Der Workshop wurde von den Professoren Dr. Schöning und Dr. Förster von Seiten der FH Aachen geleitet. Die Doktoranden des Instituts, Jan Oberländer, M. Sc.; Dipl.-Ing. Heiko Iken; Denise Molinnus, M. Sc. und René Welden, M. Sc., leiteten die praktischen Experimente. Der Kurs richtete sich an Schülerinnen und Schüler ab der 10. Klasse von Gymnasien für das PasTeG (Pascal Technikum Grevenbroich).