Chiplabore

Miniaturisierte, kostengünstige Messsysteme, sogenannte Chiplabore („Lab on a Chip“-Systeme), sind ein sich schnell entwickelndes Forschungsfeld. Durch die Verwendung von mikrofluidischen Bauelementen sind nur noch kleine Stoffmengen notwendig, wodurch die Analysekosten erheblich gesenkt werden können. Weiterhin wird eine dezentrale Messung möglich, womit der Versand an Speziallaboratorien entfällt und die Analysezeit minimiert wird. Mit fortschreitender Funktionalisierung werden solche „Lab on a Chip“-Systeme für parallelisierte Messungen in immer größerem Maßstab in der Medizintechnik, der Umweltüberwachung und der Arzneimittelentwicklung eingesetzt werden.

Da viele Messverfahren in der Biomedizintechnik auf optischen Messungen wie z.B. Absorptionsmessungen und Fluoreszenzmessungen beruhen, ist eine Integration optischer Lichtquellen und Detektoren mit dem Mikrofluidikchip notwendig. Organische Halbleiterbauelemente sind dabei insbesondere vielversprechend, da sie auf einer Vielzahl von Materialien parallel prozessiert werden können, inklusive den in Mikrosystemen eingesetzten Substraten aus Glas, Polydimethylesiloxan (PDMS), Polymethylmethacrylat (PMMA) und anderen Plastikmaterialien. Abbildung 1 zeigt schematisch eine hochintegrierte Analyseeinheit, in der ein optischer Wellenleiter einen Mikrofluidikkanal kreuzt und der Analyt über eine Fluoreszenzmessung analysiert wird. Entscheidend für die Messempfindlichkeit des Systems ist die effiziente Ankopplung der Lichtquelle an den optischen Wellenleiter sowie eine hohe Detektionseffizienz bei Unterdrückung des Anregelichtes.

Abbildung 1. Schema einer Fluoreszenzmessung in einem „Lab on a Chip“-System mit nanostrukturierter OLED und nanostrukturiertem Detektor.

Als Lichtquellen für „Lab on a Chip“-Systeme kommen sowohl OLEDs als auch organische Laser in Frage. OLEDs bieten den Vorteil, dass bei elektrischer Anregung jede Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich realisiert werden kann. Die effiziente Ankopplung an den optischen Wellenleiter gestaltet sich allerdings aufgrund der breiten Abstrahlcharakteristik schwierig. Wir entwickeln Konzepte, um mit Hilfe von transversal bzw. lateral nanostrukturierten Materialien eine gerichtete Abstrahlcharakteristik von OLEDs zu erzeugen, die eine effiziente Wellenleiterankopplung ermöglicht. Organische Laser auf nanostrukturierten Substraten bieten eine monochromatische Anregung sowie eine gerichtete Abstrahlcharakteristik. Jedoch ist eine optische Anregung wie schematisch in Abbildung 1 gezeigt nötig, da bisher keine elektrisch gepumpten organischen Laser realisiert wurden. Wir erforschen den Einsatz nanostrukturierter Materialien in OLEDs und organischen Lasern für „Lab on a Chip“-Systeme, um eine effiziente Wellenleiterankopplung zu erreichen. Auf der Empfängerseite wird der Einsatz nanostrukturierter Materialien für die spektrale Unterdrückung des Anregelichtes sowie für eine effiziente Ankopplung des Detektors an den optischen Wellenleiter untersucht.

Diese Forschungsarbeiten werden im Rahmen des BMBF-Programms NanoFutur im Projekt "Nanostrukturierte optoelektronische Bauelemente" gefördert.

Seiteninformationen:

Zuständig für die Pflege dieser Seite:
Martina Gerken (mge@remove-this.tf.uni-kiel.de)