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Graduiertenkolleg Hydrogelbasierte Mikrosysteme (DFG-GRK 1865)
 

 

A4: Hydrogele mit magnetischer Beeinflussung
A5: Phasenübergänge in Gelsystemen und ihre Abhängigkeit von mechanischen Lasten

A6: Aufbau von enzymatischen Reaktionskaskaden in/an Hydrogelen in mikrofluidischenn Prozessen
A7: Komplexe bisensitive Hydrogelsysteme
A8: Modellierung von Hydrogel-Schichtsystemen
A9: Darstellung von Hydrogel-Bausteinen mit definiertem Quellverhalten
B1: Plasmonischer Fluidsensor mit Hydrogel-Transducer
B2: Bioaffinitätssensor auf Hydrogel-Basis zum Nachweis von Biomolekülen
B3: Hydrogel-basierte Sensorschalter mit Schalthysterese
B4: Modellierung und Simulation eines kraftkompensierten piezoresistiven Chemosensors auf Hydrogelbasis
B5: Mikrochemomechanische fluidische Bauelemente
B6: Hydrogelbasierte Kaskaden der Probenvorbereitung
B7: Kraftkompensierte piezoresistive pH-Sensoren auf Hydrogelbasis


Hydrogele

Hydrogele sind vernetzte Polymere, die große Mengen Wasser aufnehmen und abgeben können. Die Wasseraufnahme und -abgabe ist mit einer großen Volumenzu- bzw. -abnahme verbunden. Hydrogele besitzen dabei zwei bemerkenswerte Eigenschaften: (a) Der Quell-vorgang kann je nach Struktur und Aufbau des Polymers durch ein großes Spektrum unterschiedlicher physikalischer (z.B. Temperatur, elektrische Spannung, magnetisches Feld) und chemischer Größen (z.B. pH-Wert) hervorgerufen werden. (b) Dieser Quellvorgang ist reversibel. Damit eignen sich Hydrogele prinzipiell hervorragend sowohl für sensorische als auch für aktorische Anwendungen, zumal sich gezeigt hat, dass sich Hydrogele für entsprechende Anwendungen in Mikrosysteme integrieren lassen. Integrierte Hydrogel-basierte Sensoren und Aktoren ermöglichen somit kostengünstige Mikrosystemlösungen mit großem funktionellem Potenzial. In den letzten Jahren waren vielfältige Forschungsaktivitäten zu stimuli-responsiven Hydrogelen zu beobachten, die sich vor allem auf deren Synthese und auf das Studium der physikochemischen Eigenschaften konzentriert hatten (z.B. DFG-SPP Intelligente Hydrogele). Ziel dieses Graduiertenkollegs ist es nun, aufbauend auf diesen grundlegenden Kenntnissen die Nutzung von Hydrogelen für sensorische und aktorische Funktionen in Mikrosystemen näher zu untersuchen und damit die wissenschaftlichen Grundlagen für zukünftige mikrosystemtechnische Anwendungen zu legen.

Um dieses Ziel zu erreichen, sind vielfältige Unzulänglichkeiten, die bisher die praktische Nutzung von Hydrogelen in technischen Anwendungen erschwert oder sogar verhindert haben, zu lösen. Dazu sollen auf der einen Seite spezielle Materialien und Verfahren, die sich an den Erfordernissen solcher Anwendungen ausrichten (relevante Funktionalität, hohe Sensitivität, Selektivität und Langzeitstabilität, kurze Ansprechzeiten), entwickelt und numerisch bzw. experimentell untersucht werden. Zum Anderen sollen mit diesen Materialien und Verfahren ausgewählte Mikrosysteme erforscht werden (z.B. langzeitstabile druckkompensierte pH-Sensoren, biochemische Sensoren, leistungslose Sensorschalter, chemische Transistoren, mikrofluidische Syntheseprozessoren).

Mit seinen mikrosystemtechnischen, struktur- und strömungsmechanischen sowie chemischen Aspekten ist das Forschungsprogramm sehr interdisziplinär. Zu seiner Bearbeitung braucht es Wissenschaftler, die in allen diesen Teildisziplinen wissenschaftlich fachübergreifend ausgebildet sind. Die Form des Graduiertenkollegs mit seinem interdisziplinären Forschungs-, Qualifizierungs- und Betreuungskonzept ist deshalb die optimale Form, um unsere Zielstellung zu erreichen.

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Sven Gappel
Letzte Änderung: 25.08.2017