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. Arno Förster wesentliche Aspekte der modernen Nanotechnologie kennen. 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 Mikroskopie und zur Glukosemessung in biologischen Proben durchgeführt. Das Highlight war die Prozessierung im Reinraum des Institutes. Dort wurde ein Siliziumwafer mit einer dünnen lichtempfindlichen Lackschicht versehen, der anschließend fotolithografisch strukturiert (Belackung, Härtung, Entwicklung, Profilaufnahme, Mikroskopieren) und anschließend mikroskopisch untersucht wurde.
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 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-Dickschichtsensors wurden charakteristische Kenngrößen wie Empfindlichkeit, linearer Messbereich und Ansprechzeit experimentell ermittelt. Darüber hinaus wurde den Schülern die Funktionsweise eines Blutzucker-Messgerätes mit Teststreifen für Diabetiker als wichtigstes Einsatzgebiet für den Glukose-Biosensor erklärt.
Die Kursleitung übernahm Prof. Förster unter der Mitwirkung der wissenschaftlichen Mitarbeiter Herr Dipl.-Ing. Stefan Beging und Herr Dipl.-Ing. David Rolka zusammen mit den Doktoranden des Instituts, Frau Melanie Jablonski M. Sc. und Herr Rene Welden, M. Sc. Der Kurs richtete sich an Schülerinnen und Schüler ab der 10. Klasse von Gymnasien für das PasTeG (Pascal Technikum Grevenbroich).