Kraftkompensierte chemische Sensoren auf der Basis bisensitiver Hydrogele

Die Messung von stofflichen Konzentrationen mit Hilfe von piezoresistivenHydrogelsensoren birgt großes Potential für die chemische Mess- und Sensortechnik:Das Wirkprinzip bestehend aus dem stimulusresponsiven Polymer als Messaufnehmerund einem Drucksensor als Quelldruckwandler erlaubt das Erfassen verschiedensterSpezies, wie pH-Wert, Ionenkonzentration oder Glucosemolekülen, kostengünstigund auf einfache Weise.Wenngleich diese Sensoren gutes Sensitivitäts- und Reversibilitätsverhaltenaufweisen, schränken die viskoelastischen Eigenschaften des quellfähigen Polymersdie dynamische Sensorantwort ein. Nach Beaufschlagen der Messlösung bewirken dielangwierigen Diffusionsprozesse Einstellzeiten im Bereich von Minuten bis Stunden.In der vorliegenden Arbeit wird die Messmethode der intramolekularenKraftkompensation zur Verbesserung dieser Eigenschaften vorgestellt, in einenrealen Sensoraufbau überführt und untersucht. Das Kompensationskonzeptbesteht dabei darin, ein bisensitives Hydrogel zu nutzen, das neben der eigentlichenAnalyt-Sensitivität eine weitere Empfindlichkeit gegenüber der Temperatur besitzt.Eingebettet in einen geschlossenen Regelkreis soll die Temperaturregelung das Systemstets in einem Gleichgewicht halten und so die Quellprozesse im Gel unterdrücken.Die vorliegende Arbeit zeigt, dass diese Form der Kompensation eine signifikanteVerkürzung des Einschwingverhaltens um bis zu 70% gestattet und gleichzeitig einenwesentlich vereinfachten und miniaturisierten Sensoraufbau im Vergleich zu anderenKompensationsverfahren ermöglicht.