Surface Plasmon Resonance as a Technology for Miniaturized Sensor Systems

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Ort der Veröffentlichung:	Regensburg
Seitenanzahl:	137
Datum:	8 August 2025
Begutachter (Erstgutachter):	PD Dr. Thomas Hirsch
Tag der Prüfung:	8 August 2024
Institutionen:	Chemie und Pharmazie > Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik > Chemo- und Biosensorik (Prof. Antje J. Bäumner, ehemals Prof. Wolfbeis)
Stichwörter / Keywords:	SPR, Oberflächenplasmonen, Sensorik
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	58966

Zusammenfassung (Englisch)

In surface plasmon resonance (SPR) sensing, traditional setups typically utilize a limited number of measurement spots, which constrains their effectiveness. These systems involve coupling a laser beam through a prism to a thin gold film modified with a receptor layer, measuring reflectance based on the angle of incidence or over time. While SPR devices are valued for their sensitivity and ease ...

Zusammenfassung (Englisch)

In surface plasmon resonance (SPR) sensing, traditional setups typically utilize a limited number of measurement spots, which constrains their effectiveness. These systems involve coupling a laser beam through a prism to a thin gold film modified with a receptor layer, measuring reflectance based on the angle of incidence or over time. While SPR devices are valued for their sensitivity and ease of use in studying biological binding kinetics, they face challenges when applied to multi-analyte monitoring in complex environments. Issues such as temperature fluctuations, laser stability, and distinguishing specific from non-specific binding complicate their use in environmental sensing. To address these limitations, multi-channel SPR systems have been developed, yet they introduce complexity in experimental design and increase instrumental requirements, rendering them unsuitable for portable applications. An innovative approach involves SPR imaging technology, allowing the sensor area to be segmented into multiple regions of interest, each providing distinct SPR characteristics. However, this method encounters challenges related to resolution and environmental sensitivity. For effective miniaturization of SPR sensors, this work is focused on creating compact and homogeneous light sources and enhancing resilience to environmental factors. This work seeks practical solutions for a miniaturized SPR sensor by examining the impact of each component in a laboratory setup, ultimately aiming for integration into a portable device.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Bei der Oberflächenplasmonenresonanzmessung (SPR) verwenden herkömmliche Systeme in der Regel eine begrenzte Anzahl von Messpunkten, was ihre Effektivität einschränkt. Bei diesen Systemen wird ein Laserstrahl durch ein Prisma auf einen dünnen Goldfilm gekoppelt, der mit einer Rezeptorschicht modifiziert ist, und der Reflexionsgrad wird in Abhängigkeit vom Einfallswinkel oder über die Zeit ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Bei der Oberflächenplasmonenresonanzmessung (SPR) verwenden herkömmliche Systeme in der Regel eine begrenzte Anzahl von Messpunkten, was ihre Effektivität einschränkt. Bei diesen Systemen wird ein Laserstrahl durch ein Prisma auf einen dünnen Goldfilm gekoppelt, der mit einer Rezeptorschicht modifiziert ist, und der Reflexionsgrad wird in Abhängigkeit vom Einfallswinkel oder über die Zeit gemessen. Während SPR-Geräte wegen ihrer Empfindlichkeit und einfachen Handhabung bei der Untersuchung biologischer Bindungskinetik geschätzt werden, stehen sie bei der Überwachung mehrerer Analyten in komplexen Umgebungen vor Herausforderungen. Probleme wie Temperaturschwankungen, Laserstabilität und die Unterscheidung zwischen spezifischer und unspezifischer Bindung erschweren ihren Einsatz in der Umweltsensorik. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurden Mehrkanal-SPR-Systeme entwickelt, die jedoch zu einem komplizierten Versuchsaufbau führen und höhere Anforderungen an den Aufbau der Messgeräte stellen, so dass sie für tragbare Anwendungen nicht geeignet sind.
Ein innovativer Ansatz ist die SPR-Imaging Technologie, die es ermöglicht, den Sensorbereich in mehrere Regionen zu unterteilen, die jeweils unterschiedliche SPR-Merkmale aufweisen. Diese Methode stößt jedoch auf Herausforderungen in Bezug auf Auflösung und Umweltempfindlichkeit. Zur effektiven Miniaturisierung von SPR-Sensoren konzentriert sich diese Arbeit auf die Schaffung kompakter und homogener Lichtquellen und die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltfaktoren. In dieser Arbeit werden praktische Lösungen für einen miniaturisierten SPR-Sensor gesucht, indem die Auswirkungen der einzelnen Komponenten in einem Laboraufbau untersucht werden, mit dem Ziel der Integration in ein tragbares Gerät.

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