Biosensorik Und Nanobiotechnologie an der Fachhochschule Aachen | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Biosensorik und Nanobiotechnologie an der Fachhochschule Aachen

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Welche Sensortypen gibt es bzw. für welche Signale und was wäre ein Beispiel für eine Messgröße die sind erfassen?

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-Mechanisch -> Strömung

-Akustisch -> Frequenz

-Elektrisch & magnetisch -> Spannung

-Thermisch -> Temperatur

-Optisch & Strahlung -> Wellenlänge

-Chemisch & Biologisch -> pH

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Was sind die 3S?


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-3S: Sensitivität, Stabilität, Selektivität

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Was sind Anwendungsgebiete von Chemo-/Biosensoren?


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Umweltanalytik

Drogendetektion

Medizinanalytik

Lebensmitteltechnik

Kfz-Bereich

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Wovon hängt die Einteilung von Sensortypen ab?


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Nachzuweisender Analyt

Rezeptorschicht

Transducer-Prinzip

Herstellungstechnik

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Grob: welche Transducerprinzipien gibt es?


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Elektrochemisch (ohne Strom)

Elektrisch (mit Strom)

Optisch (Fluoreszenz z.B.)

Thermisch (Wärme)

Massesensitiv (Resonanzfrequenz)

Magnetisch (Paramagnetismus).

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Was sind Anforderungen an Chemo- und Biosensoren?


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Sensitivität, Selektivität, Stabilität (die drei S)

Sofortige Ansprechzeit

Eignung für die Anwendung

Einfacher, robuster, miniaturisierbarer Aufbau

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Systemgedanke hinter Lab-on-the-chip?


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Ziel: Miniaturisierung und Automatisierung von analytischen Tests. Voraussetzung ist die Fertigung der Chips mittels Mikromechanik. Vorteilhaft ist die Anordnung von gleich mehreren Sensoren als Array.

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Woraus besteht ein Mikrosystem?


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Aus einem oder mehreren Sensoren, den Aktoren, Elektronik. Letzteres ist für die Signalverstärkung und -verarbeitung verantwortlich. Aktoren können mechanische und optische Funktionen übernehmen; beides kann z.B. wichtig sein, um den Analyten zum Sensor zu transportieren. Integriert sind mechanische Funktionen wie Mikropumpen, optische Funktionen wie Spiegel, chemisch/biologische Funktionen wie Sensoren und halt die elektronischen Funktionen.

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Was misst bzw. welche Informationen liefert ein elektrochemischer Transducer? Auf welchen Verfahren (mit Unterklasse ggf.) können sie basieren?


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Der elektrochemische Transducer misst Spannung, Strom oder Ladung. Liefert Infos über die Zusammensetzung oder Konzentration des Analyten oder Reaktionskinetiken. Basis kann entweder das Verfahren ohne oder das Verfahren mit Stromfluss sein. 

Ohne Stromfluss = Potentiometrie 

Mit Stromfluss = a) Vernachlässigbare Analytenumsetzung: Voltammetrie, Konduktometrie 

                               b) Mit vollständiger Analytenumsetzung: Coulometrie

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Was ist ionenselektive Potentiometrie?


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Potentiometrie bestimmt die Potentialdifferenz an der Phasengrenze zwischen Elektronenleiter (Elektrode) und Ionenleiter (Elektrolytlösung) in Abhängigkeit von der Ionenaktivität. An der elektrochemischen Phasengrenze findet eine Potentialbildung statt, welche von der Konzentration der Ionen in der Messlösung abhängt. Je mehr Ionen, desto höher die Potentialdifferenz und das Signal.

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Grob: Wie stellt man sich das Geschehen an der Phasengrenze nach Helmholtz vor?


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Man nimmt an die Ionenselektive Elektrode (ISE) ist negativ geladen. Aufgrund der negativen Ladung werden im elektrischen Feld die Wassermoleküle und Kationen an die Phasengrenze herangezogen; es bildet sich die innere Helmholtzebene; weitere Kationen, die solvatisiert sind (also von Wassermolekülen umgeben), lagern sich an diese „erste“ Schicht an und bilden die äußere Helmholtzebene. Mit zunehmender Bindung von Kationen an die negativ-geladene ISE steuert man zunehmend auf eine Ladungsneutralität zu.

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Wie ist ein Sensor definiert?

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Er ist das primäre Bauelement einer Messeinrichtung, vermittelt Kenntnisse über eine Messgröße (chemisch, physikalisch oder biologisch) und setzt diese in ein geeignetes Messsignal (elektrisch, optisch).

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Q:

Welche Sensortypen gibt es bzw. für welche Signale und was wäre ein Beispiel für eine Messgröße die sind erfassen?

A:

-Mechanisch -> Strömung

-Akustisch -> Frequenz

-Elektrisch & magnetisch -> Spannung

-Thermisch -> Temperatur

-Optisch & Strahlung -> Wellenlänge

-Chemisch & Biologisch -> pH

Q:

Was sind die 3S?


A:

-3S: Sensitivität, Stabilität, Selektivität

Q:

Was sind Anwendungsgebiete von Chemo-/Biosensoren?


A:

Umweltanalytik

Drogendetektion

Medizinanalytik

Lebensmitteltechnik

Kfz-Bereich

Q:

Wovon hängt die Einteilung von Sensortypen ab?


A:

Nachzuweisender Analyt

Rezeptorschicht

Transducer-Prinzip

Herstellungstechnik

Q:

Grob: welche Transducerprinzipien gibt es?


A:

Elektrochemisch (ohne Strom)

Elektrisch (mit Strom)

Optisch (Fluoreszenz z.B.)

Thermisch (Wärme)

Massesensitiv (Resonanzfrequenz)

Magnetisch (Paramagnetismus).

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Q:

Was sind Anforderungen an Chemo- und Biosensoren?


A:

Sensitivität, Selektivität, Stabilität (die drei S)

Sofortige Ansprechzeit

Eignung für die Anwendung

Einfacher, robuster, miniaturisierbarer Aufbau

Q:

Systemgedanke hinter Lab-on-the-chip?


A:

Ziel: Miniaturisierung und Automatisierung von analytischen Tests. Voraussetzung ist die Fertigung der Chips mittels Mikromechanik. Vorteilhaft ist die Anordnung von gleich mehreren Sensoren als Array.

Q:

Woraus besteht ein Mikrosystem?


A:

Aus einem oder mehreren Sensoren, den Aktoren, Elektronik. Letzteres ist für die Signalverstärkung und -verarbeitung verantwortlich. Aktoren können mechanische und optische Funktionen übernehmen; beides kann z.B. wichtig sein, um den Analyten zum Sensor zu transportieren. Integriert sind mechanische Funktionen wie Mikropumpen, optische Funktionen wie Spiegel, chemisch/biologische Funktionen wie Sensoren und halt die elektronischen Funktionen.

Q:

Was misst bzw. welche Informationen liefert ein elektrochemischer Transducer? Auf welchen Verfahren (mit Unterklasse ggf.) können sie basieren?


A:

Der elektrochemische Transducer misst Spannung, Strom oder Ladung. Liefert Infos über die Zusammensetzung oder Konzentration des Analyten oder Reaktionskinetiken. Basis kann entweder das Verfahren ohne oder das Verfahren mit Stromfluss sein. 

Ohne Stromfluss = Potentiometrie 

Mit Stromfluss = a) Vernachlässigbare Analytenumsetzung: Voltammetrie, Konduktometrie 

                               b) Mit vollständiger Analytenumsetzung: Coulometrie

Q:

Was ist ionenselektive Potentiometrie?


A:

Potentiometrie bestimmt die Potentialdifferenz an der Phasengrenze zwischen Elektronenleiter (Elektrode) und Ionenleiter (Elektrolytlösung) in Abhängigkeit von der Ionenaktivität. An der elektrochemischen Phasengrenze findet eine Potentialbildung statt, welche von der Konzentration der Ionen in der Messlösung abhängt. Je mehr Ionen, desto höher die Potentialdifferenz und das Signal.

Q:

Grob: Wie stellt man sich das Geschehen an der Phasengrenze nach Helmholtz vor?


A:

Man nimmt an die Ionenselektive Elektrode (ISE) ist negativ geladen. Aufgrund der negativen Ladung werden im elektrischen Feld die Wassermoleküle und Kationen an die Phasengrenze herangezogen; es bildet sich die innere Helmholtzebene; weitere Kationen, die solvatisiert sind (also von Wassermolekülen umgeben), lagern sich an diese „erste“ Schicht an und bilden die äußere Helmholtzebene. Mit zunehmender Bindung von Kationen an die negativ-geladene ISE steuert man zunehmend auf eine Ladungsneutralität zu.

Q:

Wie ist ein Sensor definiert?

A:

Er ist das primäre Bauelement einer Messeinrichtung, vermittelt Kenntnisse über eine Messgröße (chemisch, physikalisch oder biologisch) und setzt diese in ein geeignetes Messsignal (elektrisch, optisch).

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