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In this contribution, we focus on the detection of toxic gases with living eukaryotic cells. A cell-based gas sensor system, able to measure the effects of direct exposure of gases to cells in real-time, was set up. Impedance data as well as oxygen consumption of Chinese hamster lung fibroblast cells (V79) were analysed upon exposure to carbon monoxide (CO). The CO (diluted in wet synthetic air) affects the cell respiration as indicated by an attenuated respiration signal after the CO exposure as well as an instant increase of the capacitive part of the impedance signal during the gas exposure.
Es wurde ein automatisiertes, computerunterstütztes Testsystem für die Funktionsprüfung und Charakterisierung von (bio-)chemischen Sensoren auf Waferebene entwickelt und in einen konventionellen Spitzenmessplatz integriert. Das System ermöglicht die Charakterisierung und Identifizierung „funktionstauglicher“ Sensoren bereits auf Waferebene zwischen den einzelnen Herstellungsschritten, wodurch weitere, bisher übliche Verarbeitungsschritte wie das Fixieren, Bonden und Verkapseln für die defekten oder nicht funktionstauglichen Sensorstrukturen entfällt. Außerdem bietet eine speziell entworfene miniaturisierte Durchflussmesszelle die Möglichkeit, bereits auf Waferlevel die Sensitivität, Drift, Hysterese und Ansprechzeit der (bio-)chemischen Sensoren zu charakterisieren. Das System wurde exemplarisch mit kapazitiven, pH-sensitiven EIS- (Elektrolyt-Isolator-Silizium) Strukturen und ISFET- (ionensensitiver Feldeffekttransistor) Strukturen mit verschiedenen Geometrien und Gate-Layouts getestet.
Realization of a calorimetric gas sensor on polyimide foil for applications in aseptic food industry
(2010)
A calorimetric gas sensor is presented for the monitoring of gas-phase H2O2 at elevated temperature during sterilization processes in aseptic food industry. The sensor consists of two temperature-sensitive thin-film resistances built up on a polyimide foil with a thickness of 25 μm, which are passivated with a layer of SU-8 photo resist and catalytically activated with manganese(IV) oxide. Instead of an active heating structure, the calorimetric sensor utilizes the elevated temperature of an evaporated H2O2 aerosol. In an experimental set-up, the sensor has shown a sensitivity of 4.78 °C/(%v/v) in a H2O2 concentration range of 0 to 10% v/v at an evaporation temperature of 240 ∘C. Furthermore, the sensor possesses the same, unchanged sensor signal even at varied evaporation temperatures of the gas stream. The sensor characterization demonstrates the suitability of the calorimetric gas sensor for monitoring the efficiency of sterilization processes.
Chemical imaging systems allow the visualisation of the distribution of chemical species on the sensor surface. This work represents a new flexible approach of read out in a light-addressable potentiometric sensor (LAPS) with the help of a digital light processing (DLP) set-up. The DLP, known well for video projectors, consists of a mirror-array MEMS device which allows fast and flexible generation of light patterns. With the help of these light patterns the sensor surface of the LAPS device can be read out sequentially in a raster like scheme (scanning LAPS). The DLP approach has several advantages compared to conventional scanning LAPS set-ups, e.g., the spot size, the shape and the intensity of the light pointer can be changed easily and no mechanical movement is necessary, which reduces the size of the set-up and increases the stability and speed of measurement.
In aseptischen Abfüllsystemen wird Wasserstoffperoxid in der Gasphase aufgrund der stark oxidativen Wirkung zur Packstoffentkeimung eingesetzt. Dabei wird die Effizienz der Entkeimung im Wesentlichen von der vorliegenden H2O2-Konzentration im Packstoff bestimmt. Zur Inline-Überwachung der H2O2-Konzentration wurde ein kalorimetrischer Gassensor auf Basis einer flexiblen Polyimidfolie aus temperatursensitiven Dünnschicht-Widerständen und Mangan(IV)-oxid als katalytische Transducerschicht realisiert. Der Sensor weist ein lineares Ansprechverhalten mit einer Sensitivität von 7,15 °C/Vol.-% in einem H2O2-Konzentrationsbereich von 0 bis 8 Vol.-% auf. Weiterhin wurde zur Auslesung des Sensorsignals eine RFID-Elektronik, bestehend aus einem Sensor-Tag und einer Sende-/Empfangseinheit ausgelegt, sowie eine Abfolge des Messzyklus aufgestellt. Im weiteren Verlauf soll der kalorimetrische Gassensor mit der RFID-Elektronik gekoppelt und in eine Testverpackung zur Inline-Überwachung der H2O2-Konzentration in aseptischen Abfüllsystemen implementiert werden.
Ein lichtadressierbarer potentiometrischer Sensor (LAPS) kann die Konzentration eines oder mehrerer Analyten ortsaufgelöst auf der Sensoroberfläche nachweisen. Dazu wird mit einer modulierten Lichtquelle die Halbleiterstruktur des zu untersuchenden Bereiches angeregt und ein entsprechender Photostrom ausgelesen. Durch gleichzeitige Anregung mehrere Bereiche durch Lichtquellen mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen können diese auch zeitgleich ausgelesen werden. Mit der neuen, hier vorgestellten Ansteuerungselektronik integriert in einem "Field Programmable Gate Array" (FPGA) ist es möglich, mehrere Leuchtquellen gleichzeitig mit unterschiedlichen, während der Laufzeit festlegbaren Frequenzen, Phasen und Lichtintensitäten zu betreiben. Somit kann das Frequenzverhalten des Sensors untersucht und die Konzentration des Analyten über das Oberflächenpotential mit Hilfe von Strom/Spannungs-Kurven und Phase/Spannungs-Kurven bestimmt werden.
In diesem Beitrag werden Ergebnisse der Entwicklung eines modularen festkörperbasierten Sensorsystems für die Überwachung von Zellkulturfermentationen präsentiert. Zur Messung der Elektrolytleitfähigkeit wurde das Layout von Interdigitalelektroden angepasst, um in vergleichsweise gut leitenden Elektrolyten zu messen. Durch Quervernetzung von Glucose-Oxidase mit Glutaraldehyd und Immobilisierung auf einer Platinelektrode wurde ein amperometrischer Glucosesensor mit einem linearen Messbereich von bis zu 2 mM und einer Sensitivität von 168 nA/mM realisiert.
Chalcogenide glass materials as membranes for potentiometric sensors for chemical analysis in solutions have been studied since more than 20 years. In this work, an electrolyte–insulator–semiconductor structure was combined with chalcogenide glass membranes prepared by means of the pulsed laser deposition technique. Depending on the membrane composition a selectivity to different ions (Cd2+ and Pb2+) is achieved. The different sensor membranes have been physically characterised using microscopy, ellipsometry, profilometry, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and Rutherford backscattering spectrometry (RBS). The electrochemical behaviour has been investigated via capacitance/voltage (C/V) and constant capacitance (ConCap) measurements and results in a Cd2+ sensitivity of 23.1 ± 0.6 mV per decade in a linear range from 7 × 10−6 to 10−2 mol/l and 24.4 ± 0.5 mV per decade in a linear range from 5 × 10−6 to 10−2 mol/l for Pb2+, respectively.
Umweltzonen und Fahrverbote, kletternde Dieselpreise und steigende Straßenbenutzungsgebühren setzen dem Transportgewerbe aktuell schwer zu. Nutzfahrzeughersteller und Partner finden auf diese Herausforderungen neue Antworten mit der Erfüllung der EEV-Grenzwerte (Enhanced Environmentally Friendly Vehicle) als den gegenwärtig anspruchsvollsten europäischen Abgasstandard für Lkw und Busse.