Akustische Sensoren reagieren aesserst empfindlich auf Aenderungen der physikalischen Eigenschaften anliegender Schichten oder Fluessigkeiten mit einer Verstimmung ihrer Resonanzfrequenz. In dieser Arbeit wurden neuartige hochfrequente 39-110 MHz Schwingquarze (HFF), realisiert als inverted mesa-Strukturen, und 10 bzw. 19 MHz Standardschwingquarze (QCM) sowie horizontal-polarisierte 69 bzw. 102 MHz Oberflõchenwellensensoren (SAW), hergestellt in Duennfilmtechnologie, fuer die Fluessigkeits- und Biosensorik verwendet. Die Abhaengigkeiten der Sensorsignale von wichtigen Einfluessen wie der Massenbelegung, der Viskositaet, Dichte und Elastizitaet des anliegenden Mediums, der Stoffkonzentration, der Assoziations- und Dissoziationsrate, der Temperatur sowie des Fluiddruckes ebenso wie den geometrischen Abmessungen der Messzelle wurden experimentell und theoretisch betrachtet. Motivation fuer diese Arbeit war es, neue Anwendungsfelder fuer akustische Sensoren zu erarbeiten, die Genauigkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu verbessern sowie Wege zur deutlichen Empfindlichkeitssteigerung aufzuzeigen. Die Verwendung eines Fliessinjektionsanalysesystems mit einer temperierbaren Wechselzelle sowie minimierten Sensormesskammern ermoeglicht die weitgehende Eliminierung stoerender Viskositõts- und Temperatureinfluesse sowie eine Optimierung der Analytanlagerung. Die Beachtung wichtiger Designkriterien bei der Herstellung der Transducer ist fuer den spaeteren Einsatz in der Sensorik eine wichtige Voraussetzung. Ersatzschaltbildmodelle zur Sensormodellierung haben sich zur Berechnung der notwendigen Parameter fuer das Sensordesign bewõhrt. Der Einsatz der Sensoren als Rheometer zeigte den erwarteten wurzelförmigen Einfluss des Produkts der Fluessigkeitsparameter Viskositaet und Dichte fuer newtonsche Glycerinloesungen. Die Frequenzabhõngigkeit der Viskositaet und Elastizitaet, welche aus Relaxationseffekten in viskoelastischen Polyethylenglykolloesungen resultiert, konnte durch Verwendung verschieden frequenter Sensoren untersucht werden. Der Federmodul von 10% PEG 35000 wurde zu etwa 10 MPa und die Relaxationszeit zu etwa 1ns abgeschaetzt. Akustische Sensoren, insbesondere druckunempfindliche SAW-Sensoren, ermoeglichen im Gegensatz zu konventionellen Rheometern durch die miniaturisierte Bauweise und hohe Abtastfrequenz die kontinuierliche und kostenguenstige Ueberwachung rheologischer Parameter. In der Biosensorik konnte am Beispiel des Nachweises von Bakteriophagen in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass hochfrequente Schwingquarze aufgrund der hohen Empfindlichkeit fuer den Analytnachweis hervorragend geeignet sind. Die Nachweisgrenze konnte fuer 56 MHz HFF-Sensoren mit 5*10^6 Phagen/ml gegenueber Standardschwingquarzen um den Faktor 200 verbessert werden. Beim Nachweis grosser Analyten, wie etwa der Legionella-Bakterien ist die geringe Eindringtiefe bei hohen Sensorfrequenzen nachteilig fuer den Messeffekt. Die Echtzeitdetektion biologischer Molekuele erlaubt, aus den Sensorsignalen in der Assoziations- und Dissoziationsphase auf die Affinitaet der komplementaeren Bindungspartner zu schliessen. Untersuchungen mit Virusprotein 73 und komplementaeren Antikoerpern lieferten eine Dissoziationskonstante von 170 nmol/l. Die Ergebnisse zeigen, dass akustische Sensoren vielversprechend in schnellen Screeningverfahren zur Beurteilung von Bindungseigenschaften eingesetzt werden koennen.     «

Akustische Sensoren reagieren aesserst empfindlich auf Aenderungen der physikalischen Eigenschaften anliegender Schichten oder Fluessigkeiten mit einer Verstimmung ihrer Resonanzfrequenz. In dieser Arbeit wurden neuartige hochfrequente 39-110 MHz Schwingquarze (HFF), realisiert als inverted mesa-Strukturen, und 10 bzw. 19 MHz Standardschwingquarze (QCM) sowie horizontal-polarisierte 69 bzw. 102 MHz Oberflõchenwellensensoren (SAW), hergestellt in Duennfilmtechnologie, fuer die Fluessigkeits- und...     »

Acoustic sensors react very sensitive to changes of the physical properties of adjacent layers or fluids with a shift of their resonant frequency. A new quartz crystal variant, high fundamental frequency 39-110 MHz quartz crystals (HFF) realized as inverted mesa structures and standard 10 and 19 MHz quartz crystal microbalance sensors (QCM) as well as horizontally polarized 69 and 102 MHz surface acoustic wave sensors (SAW) fabricated in thin film technology were used throughout liquid and biosensing applications. The dependence of the sensor signals on important influences like mass accumulation, viscosity, density and elasticity of the adjacent medium, the analyte concentration, the association and dissociation rate, temperature and fluid pressure as well as the geometry of the fluid chamber was experimentally and theoretically investigated. The motivation for this work was to demonstrate new application fields for acoustic sensors, to improve accuracy and comparability of the results and to indicate ways for improving sensor sensitivity. The use of a flow injection analysis system with a temperature-stabilized plug-in mount in combination with minimized fluid chambers facilitates to a large extent the elimination of perturbing viscosity and temperature influences as well as optimization of the analyte adsorption. The observation of important design criteria in transducer development is a crucial prerequisite for the use in sensor applications. Appropriate equivalent circuits for sensor modeling proved their suitability for calculation of the necessary parameters for the sensor design. The use of the sensors as rheometers showed the expected root-like influence of the product of the liquid viscosity and density of newtonian glycerol solutions. The frequency dependence of viscosity and elasticity resulting from relaxation effects in viscoelastic polyethylenglycol solutions was investigated by the use of sensors with different resonant frequencies. The high-frequency modulus of 10% PEG 35000 was found to be approximately 10 MPa and the relaxation period 1 ns. Acoustic sensors, especially pressure-insensitive SAW-sensors, in contrast to conventional rheometers allow for a continuous and cost saving control of rheological parameters due to the minimized set-up and high sampling rate. In biosensing the excellent suitability of HFF-sensors for analyte detection could be shown for the first time in this work with the detection of bacteriophages due to the high sensitivity. The detection limit of 56 MHz HFF-sensors showed to be 5*10^6 phages/ml, which is an improvement by a factor of 200 compared to standard QCM sensors. The lower penetration depth of high frequent sensors is a drawback for sensitivity in the detection process of big analytes, like legionella-bacteria. The real time detection of biological particles allows to calculate the binding affinity of complementary binding partners from the frequency signals in the association and dissociation phase. Investigations with virus protein 73 and complementary antibodies produced a dissociation constant of 170 nmol/l. The results showed that acoustic sensors are a promising tool for the use in rapid screening procedures for evaluation of binding affinity.     «

Acoustic sensors react very sensitive to changes of the physical properties of adjacent layers or fluids with a shift of their resonant frequency. A new quartz crystal variant, high fundamental frequency 39-110 MHz quartz crystals (HFF) realized as inverted mesa structures and standard 10 and 19 MHz quartz crystal microbalance sensors (QCM) as well as horizontally polarized 69 and 102 MHz surface acoustic wave sensors (SAW) fabricated in thin film technology were used throughout liquid and biose...     »