ISBN 978-3-8439-2546-4

978-3-8439-2546-4, Reihe Ingenieurwissenschaften

Robert Sczech
Terahertz-Biosensorik - Dielektrische long-range Moden für die THz-Analyse von Biomolekülen in stark absorbierenden Flüssigkeiten

199 Seiten, Dissertation Universität Siegen (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Mit der progressiven Erschließung der THz-Lücke in den letzten Jahren und im Einklang mit der Erkenntnis, dass Biomoleküle Resonanzen bei THz-Energien zeigen, hat die THz-Community damit begonnen, (patho-)physiologisch relevante Moleküle im THz-Frequenzbereich zu untersuchen. Für die Erhaltung der vollen Funktionalität der Analyten ist die molekulare Studie im wässrigen Milieu erforderlich. Da THz-Strahlung von Wasser absorbiert wird, sind diese Untersuchungen stark limitiert und die THz-Analyse erfolgt somit innerhalb der traditionellen THz-Sensorik-Aufbauten häufig unter nicht-physiologischen Bedingungen. Gegenwärtig existieren weder schnelle noch einfache Lösungen, um diese Barrieren zu überwinden. Für substanzielle Fortschritte ist die THz-Community gefordert, neue Strategien zu entwickeln, die eine Analyse von Biomolekülen unter physiologischen Bedingungen ermöglichen.

Diese Arbeit ist die systematische Entwicklung einer alternativen Technologieplattform für die THz-Erfassung von Biomolekülen in wässrigen Medien. Innerhalb dieses sensorischen Konzepts werden THz-Wellen zu long-range Moden in µm-dünne flüssige Filme gekoppelt. Sowohl die Anregung dieser Moden als auch die Propagation über cm-weite Distanzen werden experimentell gezeigt. Im Vergleich zur THz-Absorption nach nur wenigen hundert Mikrometern in Bulkwasser lässt sich somit die Wechselwirkungsstrecke um bis zu 4 Größenordnungen steigern. Die THz-sensorische Eignung dieses Ansatzes wird mit der Detektion des Biomoleküls Rinderserumalbumin nachgewiesen. Die Modellierung einer integrierten Bragg-Struktur unterstreicht darüber hinaus das signifikante Sensitivtätssteigerungspotenzial. Mit diesem Konzept eröffnet sich eine neue Perspektive für die THz-Analyse von Biomolekülen bei physiologischen Konzentrationen.