In der vorliegenden Dissertation werden neuartig entwickelte, polymeroptische integrierte Mikrosysteme mit besonderem Einsatzpotential für vielfältige Sensorik-Anwendungen zusammenfassend vorgestellt. Das zentrale sensortechnische Bauelement der Arbeit stellt das optische Bragg-Gitter dar, das durch seine flexiblen Auslegungsmöglichkeiten simultane Multiparameter-Messungen auf elegante Art ermöglicht. Die eingesetzten optischen Wellenleiter-Bragg-Gitter werden durch standardlithographische Techniken in Kombination mit gezielter UV-Laser-Bestrahlung in Polymermaterialien erzeugt. Neben der Einführung in dazu erforderliche Wissensgrundlagen der technologischen Prozesse zur Herstellung integrierter optischer Lichtwellenleiter und UV-lasergeschriebener Bragg-Gitter, werden vor allem die Besonderheiten bei der Auswahl und dem Einsatz kosteneffizienter, optischer Polymere betont. Durch die Anwendung eines feinjustierten phasenschiebenden Mach-Zehnder-Interferometer-Aufbaus werden UV-laserinduzierte Brechungsindexmodifikationen und resultierende Lichtwellenleiterprofile in Polymersubstraten präzise ermittelt. Im Hauptteil der Arbeit wird eine einzigartige polymerbasierte Lab-on-a-Chip-Plattform mit integrierten optischen Bragg-Gitter-Sensoren behandelt, was sowohl die Konzeption und photolithographische Herstellung, die eingehende optische und physikalische Charakterisierung als auch die biomedizinische Anwendung in der Blutanalytik umfasst. Desweiteren wird ein anwendungsträchtiges, vollpolymeres optomechanisches Sensor-Pad vorgestellt, welches neben der breitbandigen Messung mechanischer Beschleunigungen und Vibrationen insbesondere als medizinischer Vitalsignal-Monitor zur Patienten-Überwachung von Atmung und Puls einsetzbar ist.
Aktualisiert: 2022-09-01
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Im Rahmen der Arbeit werden die Herstellung und Anwendung planarer Bragg-Gitter-Sensoren behandelt. Die planar-optischen Sensoren werden in anorganisch-organischen Ormocer-Hybridpolymeren mittels gängiger Methoden der Mikrosystemtechnik hergestellt und umfänglich hinsichtlich ihrer Struktur und des Einflusses der individuellen Herstellungsparameter charakterisiert. Durch Verfahren moderner Nanoprägelithografie und Fotolithografie werden Rippenwellenleiter und eingebettete Streifenwellenleiter in planaren sowie elastischen Dünnfilm-Substraten hergestellt. In diese bereits UV-polymerisierten Strukturen werden uniforme volumenstrukturierte Bragg-Gitter mittels Phasenmaskentechnologie und Excimerlaser-Bestrahlung integriert. Die erzeugten Wellenleiter-Bragg-Gitter werden in sensorischen Anwendungen zum Nachweis der Temperatur und Verformung sowie der Brechungsindexanalytik eingesetzt. Darüber hinaus werden Siliziumdioxid-basierte, planare Bragg-Gitter durch Funktionalisierung mit Cyclodextrin-Affinitätsmaterialien in der opto-chemischen Sensorik des höchst ozonschädigenden Treibhausgases Trichlorfluormethan eingesetzt.
Aktualisiert: 2020-09-30
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