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DNA-hybridization detection using light-addressable potentiometric sensor modified with gold layer
(2014)
Multi-parameter detection for supporting monitoring and control of biogas processes in agriculture
(2014)
The characterization of the degradation kinetics of biodegradable polymers is mandatory with regard to their proper application. In the present work, polymer-modified electrolyte–insulator–semiconductor (PMEIS) field-effect sensors have been applied for in-situ monitoring of the pH-dependent degradation kinetics of the commercially available biopolymer poly(d,l-lactic acid) (PDLLA) in buffer solutions from pH 3 to pH 13. PDLLA films of 500 nm thickness were deposited on the surface of an Al–p-Si–SiO2–Ta2O5 structure from a polymer solution by means of spin-coating method. The PMEIS sensor is, in principle, capable to detect any changes in bulk, surface and interface properties of the polymer induced by degradation processes. A faster degradation has been observed for PDLLA films exposed to alkaline solutions (pH 9, pH 11 and pH 13).
An array of electrically isolated nanoplate field-effect silicon-on-insulator (SOI) capacitors as a new transducer structure for multiparameter (bio-)chemical sensing is presented. The proposed approach allows addressable biasing and electrical readout of multiple nanoplate field-effect capacitive (bio-)chemical sensors on the same SOI chip, as well as differential-mode measurements. The realized sensor chip has been applied for pH and penicillin concentration measurements, electrical monitoring of polyelectrolyte multilayer formation, and the label-free electrical detection of consecutive deoxyribonucleic acid (DNA) hybridization and denaturation events.
"Biologie trifft Mikroelektronik", das Motto des Instituts für Nano- und Biotechnologien (INB) an der FH Aachen, unterstreicht die zunehmende Bedeutung interdisziplinär geprägter Forschungsaktivitäten. Der thematische Zusammenschluss grundständiger Disziplinen, wie die Physik, Elektrotechnik, Chemie, Biologie sowie die Materialwissenschaften, lässt neue Forschungsgebiete entstehen, ein herausragendes Beispiel hierfür ist die Nanotechnologie: Hier werden neue Werkstoffe und Materialien entwickelt, einzelne Nanopartikel oder Moleküle und deren Wechselwirkung untersucht oder Schichtstrukturen im Nanometerbereich aufgebaut, die neue und vorher nicht bekannte Eigenschaften hervorbringen.
Vor diesem Hintergrund bündelt das im Jahre 2006 gegründete INB die an der FH Aachen vorhandenen Kompetenzen von derzeit insgesamt sieben Laboratorien auf den Gebieten der Halbleitertechnik und Nanoelektronik, Nanostrukturen und DNA-Sensorik, der Chemo- und Biosensorik, der Enzymtechnologie, der Mikrobiologie und Pflanzenbiotechnologie, der Zellkulturtechnik, sowie der Roten Biotechnologie synergetisch. In der Nano- und Biotechnologie steckt außergewöhnliches Potenzial! Nicht zuletzt deshalb stellen sich die Forscher der Herausforderung, in diesem Bereich gemeinsam zu forschen und Schnittstellen zu nutzen, um so bei der Gestaltung neuartiger Ideen und Produkte mitzuwirken, die zukünftig unser alltägliches Leben verändern werden.
Im Folgenden werden die verschiedenen Forschungsbereiche kurz zusammenfassend vorgestellt und vorhandene Interaktionen anhand von exemplarisch ausgewählten, aktuellen Forschungsprojekten skizziert.
Among the variety of transducer concepts proposed for label-free detection of biomolecules, the semiconductor field-effect device (FED) is one of the most attractive platforms. As medical techniques continue to progress towards diagnostic and therapies based on biomarkers, the ability of FEDs for a label-free, fast and real-time detection of multiple pathogenic and physiologically relevant molecules with high specificity and sensitivity offers very promising prospects for their application in point-of-care and personalized medicine for an early diagnosis and treatment of diseases. The presented paper reviews recent advances and current trends in research and development of different FEDs for label-free, direct electrical detection of charged biomolecules by their intrinsic molecular charge. The authors are mainly focusing on the detection of the DNA hybridization event, antibody-antigen affinity reaction as well as clinically relevant biomolecules such as cardiac and cancer biomarkers.