Modifizierung und Analytik von Sensoroberflächen

Für die Charakterisierung von Sensorsubstraten eignet sich vor allem die Ellipsometrie, um die optischen Konstanten n (Brechungsindex) und k (Extinktionskoeffizient) zu bestimmen. Um eine Sensorfunktion realisieren zu können, ist die Layer-by-Layer Methode [1, 2] eine schnelle und einfache Möglichkeit zur Modifizierung auf nahezu allen Oberflächensubstraten und zur Darstellung spezifischer funktioneller Gruppen.

Die in situ Modifizierung von Sensoroberflächen kann über Ellipsometrie in interner Reflexion direkt verfolgt werden. [3, 4] Bei der, hinsichtlich Änderungen im Medium nahezu unempfindlichen Messmethode, werden die ellipsometrischen Winkel Delta und Psi während der Beschichtung mit den Polyelektrolyten Polyallylamin Hydrochlorid PAH und Polyacrylsäure PAA auf einem optisch transparenten Substrat ortsaufgelöst bestimmt. Basierend auf einem sogenannten Schichtenmodell lassen sich Schichtdicken und Homogenität des organischen Films mit Subnanometerauflösung bestimmen. Mittels Rasterkraftmikroskopie AFM lassen sich die charakteristischen Strukturen von Polyelektrolytoberflächen auf einigen Mikrometern des Substrates darstellen.

<b>Schema des Messaufbaus zur Beschichtung von optisch transparenten Substraten mittels Ellipsometrie in interner Reflexion.</b>
<b>Schichtdicke von 10 Doppellagen PAH-PAA auf Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> (Mittelwerte von 9 Messarealen, 10-Punkte-Glättung)
1 µm<sup>2</sup> AFM Aufnahme der PAA-Oberfläche mit einer Rauhigkeit von rms = 11,7 nm.</b>
[1] G. Decher, Fuzzy nanoassemblies: Toward layered polymeric multicomposites. Science, 277 (1997) 1232-1237.
[2] G. Decher and J. Schlenoff, Multilayer Thin Films. 2002: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 515 ff.
[3] K. Büchner, N. Ehrhardt, Brian P. Cahill, C. Hoffmann, Zeitaufgelöste ellipsometrische Untersuchungen des Aufbaus von Polyelektrolyt-Multischichten auf optisch transparenten Oberflächensubstraten mittels Interner Reflexion, 15. Heiligenstädter Kolloquium (Tagungsband), ISBN 978-3-00-032249-5 (2010) 257-264.
[4] K. Büchner, N. Ehrhardt, Brian P. Cahill, C. Hoffmann, Internal reflection ellipsometry for real-time monitoring of polyelectrolyte multilayer growth onto tantalum pentoxide, Thin Solid Films 519 (2011) 6480-6485.