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Tobias Reinecke
Entwicklung applikationsspezifischer elektromagnetischer Sensorik für Anwendungen in der Bio- und Medizintechnik
Diese Arbeit befasst sich mit unterschiedlichen messtechnischen Problemstellungen aus der Bio- und Medizintechnik. Zur Lösung werden grundlegende Messkonzepte der Hochfrequenztechnik theoretisch untersucht, auf diese neuen Anwendungen transferiert, anwendungsspezifisch modifiziert, eingehend experimentell untersucht und zielorientiert weiterentwickelt, wobei allen realisierten Messsystemen eine Permittivitätsmessung zugrunde liegt.
Eines der hier neu entwickelten Messsysteme dient zur Quantifizierung von Ödemen im menschlichen Gewebe im Rahmen einer gerichtmedizinischen Autopsie. Der Wassergehalt im Gewebe ist ein exzellenter Marker, um bestimmte Todesursachen voneinander zu unterscheiden, da die Ausprägung von Ödemen in direktem Zusammenhang mit der Agonie steht.
Zusätzlich wird die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Prozessüberwachung in Einwegbioreaktoren vorgestellt, bei dem die Sensoren nicht in den Einwegbioreaktor integriert sind, sondern das Zellwachstum im Inneren nichtinvasiv durch die Reaktorwand gemessen werden kann.
Abschließend erfolgt die Realisierung eines Transduktors für eine neue Biosensor-plattform auf Basis von künstlichen Biorezeptoren. Hierfür wird ein Split-Ring-Resonator verwendet, da diese Leiterstrukturen eine hochsensitive Detektion kleinster Kapazitätsänderungen ermöglichen. Aufbauend auf einer neuen theoretischen Herleitung für den Zusammenhang von Kapazität und Resonanzfrequenz des Resonators, kann die Sensitivität durch Integration einer Interdigitalkapazität signifikant verbessert werden. Eine abschließende Machbarkeitsstudie anhand der spezifischen Detektion von C-reaktivem Protein offenbart das große Potential dieses Messsystems.
Eines der hier neu entwickelten Messsysteme dient zur Quantifizierung von Ödemen im menschlichen Gewebe im Rahmen einer gerichtmedizinischen Autopsie. Der Wassergehalt im Gewebe ist ein exzellenter Marker, um bestimmte Todesursachen voneinander zu unterscheiden, da die Ausprägung von Ödemen in direktem Zusammenhang mit der Agonie steht.
Zusätzlich wird die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Prozessüberwachung in Einwegbioreaktoren vorgestellt, bei dem die Sensoren nicht in den Einwegbioreaktor integriert sind, sondern das Zellwachstum im Inneren nichtinvasiv durch die Reaktorwand gemessen werden kann.
Abschließend erfolgt die Realisierung eines Transduktors für eine neue Biosensor-plattform auf Basis von künstlichen Biorezeptoren. Hierfür wird ein Split-Ring-Resonator verwendet, da diese Leiterstrukturen eine hochsensitive Detektion kleinster Kapazitätsänderungen ermöglichen. Aufbauend auf einer neuen theoretischen Herleitung für den Zusammenhang von Kapazität und Resonanzfrequenz des Resonators, kann die Sensitivität durch Integration einer Interdigitalkapazität signifikant verbessert werden. Eine abschließende Machbarkeitsstudie anhand der spezifischen Detektion von C-reaktivem Protein offenbart das große Potential dieses Messsystems.
Schlagwörter: Dielektrische Spektroskopie; koplanarer Tastkopf; Überwachung des Zellwachstums; Differentialtransformator; Split-Ring-Resonator
Berichte aus der Sensorik und Messtechnik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Stefan Zimmermann, Hannover
Band 2
Verfügbare Online-Dokumente zu diesem Titel
DOI 10.2370/9783844054002
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