DE9419566U1

DE9419566U1 - Sensorelement

Info

Publication number: DE9419566U1
Application number: DE9419566U
Authority: DE
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2004-12-08

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement gemäß Anspruch 1.

Aus der DE 42 20 932 Al ist ein Chemosensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt.

Der bekannte Chemosensor besteht aus einem Substrat, das ausschließlich als tragende Schicht dient. Auf einer der Oberflächen des Substrats ist ein Streifenmuster mit verschieden hohen Streifen angebracht. Eine Oberfläche des Substrat ist von den verschieden hohen Streifen vollständig abgedeckt. Die Streifen bestehen aus einem Polymer wie z. B. Polymethylmethacrylat und einem eingelagerten Farbstoff. Die niedrigeren Streifen dienen der Lichtleitung.

Da das Steifenmuster durch Photolithographie hergestellt wird, läßt sich die Höhe der niedrigen Streifen nur schlecht einstellen, so daß diese im Regelfall keine ebene Oberfläche bilden. Die Polymere sind außerdem in organischen Lösungsmittel löslich, so daß der Einsatz des Chemosensors auf wäßrige Medien beschränkt ist.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Sensorelement vorzuschlagen, bei dem die Lichtleitung durch das Substrat erfolgt und auf dem Substrat ausschließlich einen Indikatorfarbstoff enthaltende Felder aufgebracht sind. Der Indikatorfarbstoff soll in gebräuchlichen Medien unlöslich sein.

Die Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene Sensorelement gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen des Sensorelements angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren erläutert.

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Es zeigen

Fig. 1 das Sensorelement im Querschnitt; Fig. 2 eine Meßanordnung mit dem Sensorelement; Fig. 3 ein Herstellungsverfahren des Sensorelements; Fig. 4 pH-Spektren von Bromkresolgrün als Farbstoff; Fig. 5 die aus den Spektren resultierende Titrationskurve.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch das Sensorelement dargestellt. Auf einem lichtdurchlässigen Substrat 1 sind mehrere streifenförmige Felder aufgetragen, von denen ein Feld 2 im Querschitt gezeigt ist. Der Strahlengang eines in das Substrat 1 eingestrahlten Lichtstrahls ist angedeutet. Der Lichtstrahl dringt an der Phasengrenze zwischen Substrat 1 und Feld 2 eine kurze Strecke in das Feld 2 ein, wodurch sein Spektrum je nach Zusammensetzung des Feldes 2 beeinflußt wird. Als Substrat 1 sind prinzipiell alle lichtdurchlässigen Stoffe wie z. B. Glas geeignet. Die Felder 2 bestehen aus einem Gel, das einen Farbstoff immobilisiert. Als Farbstoffe kommen neben den in der eingangs genannten Druckschrift angegebenen Farbstoffe alle diejenigen Farbstoffe in Betracht, die in den zur Herstellung des Gels notwendigen Flüssigkeiten löslich sind.

Fig. 2 zeigt die Meßanordnung. Eine Durchflußküvette 4 mit einem Zulauf 5 und einem Ablauf 6 ist auf ihrer Oberseite mit dem Sensorelement abgedeckt, so daß die durchfließende Probe mit den Feldern 2 in Kontakt steht. Die Felder 2 können alle den gleichen Farbstoff in derselben Konzentration aufweisen. In diesem Fall ist die Messung redundant und es kann aus den Meßergebnissen ein Mittelwert gebildet werden. Bei Feldern 2, die verschiedene Konzentrationen dieses Farbstoffes aufweisen, können rechnerisch nichtlineare Konzentrationseffekte der zu messenden Probe eliminiert werden. Die Felder 2 können auch verschiedene Farbstoffe aufweisen, wodurch beispielsweise mehrere Komponenten einer Probe zugleich erfaßbar sind. Unter einem Winkel von 45° trifft an einer Seite der Küvette ein Lichtleiterbündel 3 auf das Substrat, so daß die Lichtleitung

im Substrat 2 stattfindet. An der anderen Seite der Küvette 4 ist das Lichtleiterbündel 3 parallel zum Substrat 1 angebracht .

Fig. 3 zeigt schematisch ein mögliches Herstellungsverfahren, das im folgenden beschrieben wird. Zur Herstellung der Sensorelemente werden Glassubstrate 1 von 30 mm Durchmesser mittels "spin-coating"-Verfahren mit einer Schicht 10 eines positiven Photolacks (AZ4620A, Fa. Hoechst) versehen (Schritte a und b). Dazu werden 200 &mgr;&idiagr; Photolack auf das ruhende Substrat 1 aufgebracht und das Substrat 1 mit 3000 U/min für 30 s in Rotation um seine Symmetrieachse versetzt. Anschließend wird die Photolackschicht 10 durch eine Maske 11 mit dem UV-Licht einer Bogenlampe 3 min lang bestrahlt (Schritt c). Die Maske weist 1 mm breite freie Streifen auf. Das mit der Photolackschicht 10 versehene und belichtete Substrat 1 wird zur EntwicklunglO min in 10 ml wäßrige Kalilauge-Lösung (0,15 mol/1) eingelegt, mit Wasser gespült und an der Luft getrocknet. Dabei wird die Photolackschicht 10 an den belichteten Stellen entfernt. Die entfernten Stellen 14 ergeben die Form der Felder 2.

Zur Herstellung der Felder 2 wird der vorgesehene Farbstoff immobilisiert. Als Farbstoff für die pH-Messung eignen sich Fluoreszenzfarbstoffe wie Fluorescein "FL" oder 8-Hydroxy-1,3,5-pyrentrisulfonat "HPTS" sowie Absorptionsfarbstoffe wie Bromkresolgrün. Jeweils 1 mg des Farbstoffs wird mit einer Sol-Ausgangsmischung vermischt. Die Sol-Ausgangslösung besteht in an sich bekannter Zusammensetzung aus Wasser, Triton, Trimethoxysilan, Methanol und 0,1 mol Salzsäure (vgl DE 43 05 606 Al) .

Das mit dem jeweiligen Farbstoff dotierte Sol wird auf die entfernten Stellen 14 der Photolackschicht 10 aufgetragen (Schritt e). Nach dem Abschleudern des überschüssigen Sols durch Rotation mit 2000 min"¹ (Schritt f) wird die verbliebene Photolackschicht 10 auf dem Substrat 1 durch Einlegen des Sub-

strats 1 in Dimethylformamid (DMF, 3 0 min) und Spülen mit Aceton und Wasser entfernt (Schritt g). Es verbleiben Felder 2 aus immobilisiertem Farbstoff, deren Form der Form der durchlässigen Bereiche der Maske 11 entspricht.

Mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren wurde ein Sensorelement mit Bromkresolgrün als Farbstoff hergestellt und in der in Fig. 2 dargestellten Weise zur pH-Messung eingesetzt. Fig. 4 zeigt das erhaltene pH-Spektrum. In Fig. 5 ist die resultierende Titrationskurve dargestellt.

Claims

Kernforschungszentrum Karlsruhe, den 5. Dez. 1994 Karlsruhe GmbH PLA 94103 Rü/he ANR 1002597 Schutzansprüche:

1. Sensorelement bestehend aus

- einem lichtdurchlässigen Substrat (1) mit einer planaren ersten und einer planaren zweiten, zur ersten Oberfläche parallelen Oberfläche,

- mehreren Feldern (2) , die haftfest auf der ersten Oberfläche des Substrats (1) aufgebracht sind und voneinander durch einen Abstandsbereich (13) isoliert angeordnet sind, wobei

- im Abstandsbereich (13) die erste Oberfläche des Substrats (1) freiliegt und

- die Felder (2) ausschließlich aus einem in einem anorganischen Gel immobilisierten Indikatorfarbstoff bestehen.

2. Sensorelement nach Anspruch 1 mit streifenförmigen, zueinander parallelen Feldern (2).

3. Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Konzentration des Indikatorfarbstoffs im Gel in jedem der Felder (2) voneinander unterscheidet.

4. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit jeweils einem verschiedenen Indikatorfarbstoff in den Feldern (2).