Markerfreier Lab-on-Chip Biosensor basierend auf photonischen a-Si:H-Resonatoren

Abstract:
Photonische Systeme basierend auf kristallinem Silizium sind schon seit den 1980er Jahren Gegenstand intensiver Forschung. Das wohl prominenteste Anwendungsgebiet stellt dabei die Datenübertragung in der Telekommunikation dar. Darüber hinaus verfügen integriert-optische Systeme über ein großes Potential für Sensorsysteme. In dieser Arbeit liegt der Schwerpunkt im Bereich der medizinischen und biotechnologischen Analytik. Dabei setzen die hohen Anforderungen an die Messtechnik in Bezug auf die Detektion von chemischen und biologischen Substanzen sowohl ein niedriges Detektionslimit, als auch hohe Sensitivität und Selektivität voraus. Für den Fall eines vermarktungsfähigen Sensors spielen auch kostengünstige Herstellungsverfahren eine Schlüsselrolle. Deshalb ist CMOS-Kompatibilität sowie Flexibilität im Bezug auf Frontend- und Backend-Integration von besonderem Vorteil. Photonische Resonatoren aus amorphem Silizium (a-Si:H) mit chemisch modifizierten Oberflächen bieten hierfür eine geeignete Plattform. Durch hohe Brechungsindex-Unterschiede der verwendeten Materialien lassen sich zudem Systeme mit geringen Strukturgrößen realisieren und diese mit mikrofluidischen Systemen für Echtzeit-Messungen kombinieren. Die spezielle Form von Mikroring-Resonatoren zeichnet sich zudem durch eine hohe Interaktionslänge mit den zu messenden Substanzen aus, welche weitaus größer ist, als die eigentliche physikalische Größe der Resonatoren selber.