Book Description
Das Gebiet der Bio-Sensorik wird für die Medizin und die biologische Grundlagenforschung immer bedeutender. In diesen Bereichen ist die Untersuchung charakteristischer Eigenschaften von Membranproteinen unerlässlich, da sie die Kommunikation und Aktivität biologischer Zellen verantworten. Darüber hinaus steuern sie den Transport verschiedener Substanzen in die Zelle und eignen sich als Ziel von Medikamenten. Diese Art von Proteinen weisen charakterisitsche Resonanzen zwischen 200GHz und 2 THz auf. In dieser Arbeit wird das Design von gekoppelten plasmonischen THz-Antennen gezeigt. Diese Antennen bestehen aus hochdotiertem Germanium auf einem Siliziumsubstrat und verfügen über eine Resonanzfrequenz von 500 GHz. Sie bieten eine hohe Empfindlichkeit für dünne Schichten in einer wässrigen Lösung und eignen sich für die Charakterisierung von Proteinen im THz-Bereich. Der Entwurf dieser Antennen wird mithilfe von Finite-Elemente-Simulationen durchgeführt. Da solch ein Entwurf einen hohen Rechenaufwand umfasst, wird ein weiterer Ansatz gezeigt. Die plasmonische Antenne wird als RLC-Schwingkreis beschrieben, was Designs mit analytischen Berechnungen ermöglicht. Aufgrund dieser Berschreibung kann eine Anpassung der Impedanz zwischen Antenne und Biomolekül durchgeführt werden, wodurch die Struktur weiter optimiert wird. Neben dem THz-Bereich wird auch der Infrarot-Bereich untersucht. Dort sind Proteinbindungsprozesse zu beobachten. In dieser Arbeit wird eine neuartige Struktur untersucht, um die Brechungsindexdispersion von Proteinen zu messen. Für diese Untersuchung wird ein Array aus Silizium-Mikrosäulen analysiert. Sie zeigen eine hohe Sensitivität für sehr dünne Schichten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass sich die untersuchten Sensorstrukturen für die Charakterisierung von Membranproteinen im THz- und Infrarot-Bereich sehr gut eignen. Weiterin sind sie kompatibel zu BiCMOS Prozessen und ermöglichen die kostengünstige Herstellung von Lab-on-Chip Architekturen.
