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We study the possibility to fabricate an arbitrary phase mask in a one-step laser-writing process inside the volume of an optical glass substrate. We derive the phase mask from a Gerchberg–Saxton-type algorithm as an array and create each individual phase shift using a refractive index modification of variable axial length. We realize the variable axial length by superimposing refractive index modifications induced by an ultra-short pulsed laser at different focusing depth. Each single modification is created by applying 1000 pulses with 15 μJ pulse energy at 100 kHz to a fixed spot of 25 μm diameter and the focus is then shifted axially in steps of 10 μm. With several proof-of-principle examples, we show the feasibility of our method. In particular, we identify the induced refractive index change to about a value of Δn=1.5⋅10−3. We also determine our current limitations by calculating the overlap in the form of a scalar product and we discuss possible future improvements.
When exploring glacier ice it is often necessary to take samples or implement sensors at a certain depth underneath the glacier surface. One way of doing this is by using heated melting probes. In their common form these devices experience a straight one-dimensional downwards motion and can be modeled by standard close-contact melting theory. A recently developed melting probe however, the IceMole, achieves maneuverability by simultaneously applying a surface temperature gradient to induce a change in melting direction and controlling the effective contact-force by means of an ice screw to stabilize its change in attitude. A modeling framework for forced curvilinear melting does not exist so far and will be the content of this paper. At first, we will extend the existing theory for quasi-stationary close-contact melting to curved trajectories. We do this by introducing a rotational mode. This additional unknown in the system implies yet the need for another model closure. Within this new framework we will focus on the effect of a variable contact-force as well as different surface temperature profiles. In order to solve for melting velocity and curvature of the melting path we present both an inverse solution strategy for the analytical model, and a more general finite element framework implemented into the open source software package ELMER. Model results are discussed and compared to experimental data conducted in laboratory tests.
Warum wandern immer mehr Deutsche in die Türkei aus, obwohl wir denken, dass es uns in Deutschland gut geht? Haben deutsche Auswanderer in der Türkei ein besseres Leben? Diese und weitere Fragen wurden in diesem Projekt genauer beleuchtet. Die Beweggründe der Menschen sind so unterschiedlich wie das Leben selbst. Diese Bachelorarbeit beinhaltet Interviews von früher in Deutschland lebenden Personen, die in die Türkei ausgewandert sind und mit ihnen ihre ganz persönliche Geschichte. Zusammen mit diesem Thema wurde untersucht, wie das aktuelle Leben der Protagonisten in der Türkei ist: soziales Umfeld, das Einleben in eine neue Kultur und die Lebensqualität. Ein persönliches und intimes Interview lag hier besonders im Fokus. Die Arbeit wird mit Fotografien unterstützt, die den Alltag Deutscher in der Türkei zeigen. Mit diesem Projekt werden Vorurteile über die Türkei und die dort lebenden Menschen bestätigt, widerlegt und neue Erkenntnisse zur Frage „warum Deutsche in die Türkei auswandern“ gewonnen.
Macroporous silicon has been etched from n-type Si, using a vertical etching cell where no rear side contact on the silicon wafer is necessary. The resulting macropores have been characterised by means of Scanning Electron Microscopy (SEM). After etching, SiO₂ was thermally grown on the top of the porous silicon as an insulating layer and Si₃N₄ was deposited by means of Low Pressure Chemical Vapour Deposition (LPCVD) as transducer material to fabricate a capacitive pH sensor. In order to prepare porous biosensors, the enzyme penicillinase has been additionally immobilised inside the porous structure. Electrochemical measurements of the pH sensor and the biosensor with an Electrolyte/Insulator/Semiconductor (EIS) structure have been performed in the Capacitance/Voltage (C/V) and Constant capacitance (ConCap) mode.
Enzyme und Biosensorik
(2018)
Enzymbasierte Biosensoren finden seit mehr als fünf Jahrzehnten einen prosperierenden Wachstumsmarkt und werden zunehmend auch in biotechnologischen Prozessen eingesetzt. In diesem Kapitel werden, ausgehend vom Sensorbegriff und typischen Kenngrößen für Biosensoren (Abschn. 18.1), elektrochemische Enzym-Biosensoren vorgestellt und deren typischen Einsatzgebiete diskutiert (Abschn. 18.2). Ein Blick über den „Tellerrand“ hinaus zeigt alternative Transduktorprinzipien (Abschn. 18.3) und führt abschließend in aktuelle Forschungstrends ein (Abschn. 18.4).
Gas sensor investigation based on a catalytically activated thin-film thermopile for H2O2 detection
(2010)
Field-effect EIS (electrolyte-insulator-semiconductor) sensors modified with a positively charged weak polyelectrolyte layer have been applied for the electrical detection of DNA (deoxyribonucleic acid) immobilization and hybridization by the intrinsic molecular charge. The EIS sensors are able to detect the existence of target DNA amplicons in PCR (polymerase chain reaction) samples and thus, can be used as tool for a quick verification of DNA amplification and the successful PCR process. Due to their miniaturized setup, compatibility with advanced micro- and nanotechnologies, and ability to detect biomolecules by their intrinsic molecular charge, those sensors can serve as possible platform for the development of label-free DNA chips. Possible application fields as well as challenges and limitations will be discussed.
"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.