Elektrospraybeschichtung von mikrogravimetrischen Sensoren

Abstract

In der Chemosensorik kommen häufig mikrogravimetrische Sensoren zum Einsatz die es ermöglichen, geringste Massenänderungen zu erfassen. Dabei werden z.B. Schwingquarzmikrowaagen (QMB = <u>q</u>uartz <u>m</u>icro <u>b</u>alance) oder SAW-Sensoren (SAW = <u>s</u>urface <u>a</u>coustic <u>w</u>ave) als massenempfindliche Bauelemente genutzt. Für den Routineeinsatz dieser massensensitiven Sensoren ist es notwendig, sensoraktive Schichten (Wirtsubstanzen) auf die Oberfläche der Sensoren in möglichst homogenen und reproduzierbaren Beschichtungen aufzubringen. Diese Schicht tritt dann mit dem Analyten in Wechselwirkung. Die Wirtsubstanz sollte hierbei möglichst effektiv eingesetzt werden, da nur so sehr teure, sensoraktive Stoffe oder solche, die nur in geringen Mengen verfügbar sind, verwendet werden können.<br /> Auf dem Gebiet der Schwingquarzmikrowaagen werden sehr homogene und mikrokristalline Schichten mit Hilfe des Elektrospraybeschichtungsverfahrens äus-serst sparsam aufgebracht. Die meistens aus Gold bestehende Elektrode der Schwingquarzwaage dient dabei als anziehende Elektrode für die hoch geladenen Elektrospraytropfen.<br /> Die andere wichtige Gruppe der massensensitiven Sensoren, die Surface-Acous-tic-Wave-Sensoren, wird bisher durch ein Air-Brush-Verfahren beschichtet. Mit diesem Verfahren sind nicht so homogene und reproduzierbare Beschichtungen wie mit dem Elektrosprayverfahren erreichbar. Bislang gelang die Elektrospraybeschichtung von SAW-Sensoren noch nicht, da es auf diesen Sensoren nicht-leitende Bereiche gibt, die durch Elektrospray bisher nicht beschichtet werden können. Beim Auftreffen geladener Elektrospraytropfen laden sich die nicht-leitfähigen Bereiche sehr schnell elektrostatisch auf, und weitere geladene Tropfen werden abgestoßen. Eine gleichzeitige Beschichtung von leitfähigen und nicht-leitfähigen Bereichen der Oberfläche wird so verhindert.<br /> In dieser Arbeit werden die Beschichtungsparameter für mikrogravimetrische Sensorsysteme bestimmt, insbesondere der Einfluß der Leitfähigkeit der Beschichtungslösung, mit dem Ziel optimierte Beschichtungsparameter und somit homogenere Beschichtungen zu erreichen.<br /> Für die Beschichtung der Surface-Acoustic-Wave-Sensoren kann erstmals ein Verfahren zur Elektrospraybeschichtung zur Verfügung gestellt werden. Ausgangspunkt dieser Überlegungen ist der Ansatz, die Sensoroberfläche, die teils aus leitenden, teils aus nicht-leitenden Strukturen besteht, insgesamt wie eine Isolatoroberfläche zu behandeln. Dabei wird auf Vorarbeiten von Morozov et al. zurückgegriffen [V.N. Mozorov, T.Ya. Mozorova, N.R. Kallenbach, <i>Atomic force microscopy of structures produced by electrospraying polymer solutions</i>, International Journal of Mass Spectrometry , 1998, 178, S. 143 - 159]und es werden weitere davon abweichende Beschichtungsmethoden entwickelt, aufgebaut und evaluiert.<br /> SAW-Bauelemente werden mit dem neuen Verfahren mit Modellsubstanzen beschichtet; die Qualität der so erhaltenen sensoraktiven Schichten wird auf ihre Sensorempfindlichkeit im Vergleich zu konventionell beschichteten SAW-Sensoren untersucht.