63 / 160
FORSCHUNG — 63
Entwicklung einer Plattform für hochempfindliche Biodetektion
In dem europäischen Verbund-Projekt PoC-ID (Horizon
2020,
www.poc-id.eu) entwickeln wir eine benutzerfreund-
liche Plattform, die den hochempfindlichen und schnellen
Nachweis von viralen Infektionen der Atemwege ermögli-
chen wird. Das technische Konzept basiert auf einer Kombi-
nation von innovativen RNA-Oligonukleotid-Fängermole-
külen (Aptamere) und einem biologisch aktiven Graphen-
Feldeffekttransistor (BioGrFET, Abb. 4). Kohlenstoffnano-
membranen (CNMs) werden zur Funktionalisierung von
Graphen verwendet [7], um die Fängermoleküle auf der
Sensoroberfläche zu binden. Durch die Integration von
Sensoren, Ausleseelektronik und Mikrofluidik in eine Point-
Molekularer Weg zu Graphen
Wir entwickeln eine neuartige Methode zur Produktion
von funktionellen Graphen-Schichten aus molekularen
Monolagen [4]. Dabei wird das Graphen durch Pyrolyse
von Kohlenstoff-Nanomembranen (CNMs) bestehend aus
aromatischen Molekülen hergestellt (Abb. 3 oben). Unsere
Methode ermöglicht skalierbare Produktion von Graphen
mit maßgeschneiderten physikalischen und chemischen
Eigenschaften für Anwendungen in der Nanotechnologie
[5]. Darüber hinaus kann Graphen durch die räumlich be-
grenzte Vernetzung von aromatischen Monoschichten in
beliebiger Form und ohne Verwendung von herkömmli-
chen lithographischen Schritten (Aufbringung des Photo-
lacks, Belichtung, Entwicklung, Ätzen und Photolack-
Entfernung) produziert werden. Dies ermöglicht selektives
Wachstum von technisch relevanten Graphen Micro- und
Nanostrukturen auf einer Vielzahl von Substraten [6]
(Abb. 3 unten). Diese Aktivitäten sind zum Teil durch das
DFG SPP 1459 „Graphene“ unterstützt.
[4] Patent JP5627460B2.
[5] Matei D. G., et al. (2013): Functional single-layer graphene sheets from
aromatic monolayers. Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201300651.
[6] Weber N.-E., et al. (2015): Direct growth of patterned graphene. Small,
DOI: 10.1002/smll201502931.
Abb. 4.
Links:
Schematische
Darstellung des BioGrFET.
Rechts:
Eine optisch-
mikroskopische Aufnahme der
Anordnung von CNM/Graphen
FETs (ca. 10×10 mm
2
) auf
einem Chip-Substrat aus
Silizium.
of-Care (POC) Plattform erwarten wir große Fortschritte in
Bezug auf Benutzerfreundlichkeit und Geschwindigkeit der
Probenanalyse. In diesem Projekt ist unsere Arbeitsgruppe
federführend für die Entwicklung der BioGrFET basierten
Nanosensoren. Die Forschung konzentriert sich auf die
materialwissenschaftlichen Fragestellungen der konstituie-
renden Bestandteile
CNMs und Graphen, die Herstellung
von BioGrFETs und ihre Funktionstests in PoC-Geräten.
[7] Woszczyna M., et al. (2014), All-carbon vertical van der Waals hete-
rostructures: Non-destructive functionalization of graphene for electronic
applications. Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201400948.
Abb. 3.
Oben:
Schematische Darstellung der Umwandlung von
aromatischen molekularen Monoschichten in Graphen [4].
Unten:
Rasterelektronmikroskopische Aufnahme einer Graphen-
Hall-bar-Struktur auf Cu, die durch selektives Wachstum mit
dieser Methode hergestellt wurde [6].