DE102005011012A1

DE102005011012A1 - Chemischer Sensor sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102005011012A1
Application number: DE200510011012
Authority: DE
Inventors: Joachim Wiest; Helmut Grothe; Bernhard Wolf
Original assignee: Steinbeis & Co fur Techn GmbH; Steinbeis & Co fur Technologietransfer Zell-Chip-Technologien GmbH
Current assignee: CELLASYS GMBH, 87758 KRONBURG, DE
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-14

Abstract

Beschrieben wird ein chemischer Sensor zum Nachweis einer oxidierenden oder reduzierenden Substanz mit einer die nachzuweisende Substanz frei zugänglichen Kohlenstoff-Nanopartikel, vorzugsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen, aufweisenden Oberfläche, die mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, das beabstandet von der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche eine Referenzelektrode vorgesehen ist, die mit der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche einen Zwischenraum begrenzt, in den ein die nachzuweisende Substanz enthaltender Elektrolyt einbringbar ist, der sowohl mit der Referenzelektrode als auch mit der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche in Kontakt tritt, und das die Auswerteeinheit eine sich zwischen der Referenzelektrode und der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche ausbildende elektrische Spannung und/oder einen sich ausbildenden elektrischen Strom erfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen chemischen Sensor zum Nachweis einer oxidierenden oder reduzierenden Substanz mit einer der nachzuweisenden Substanz frei zugänglichen Kohlenstoff-Nanopartikel, vorzugsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen, aufweisenden Oberfläche, die mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sensors.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen stellen drahtartige Gebilde auf molekularer Basis dar, deren Gesamtheit an Kohlenstoffatomen die Oberfläche derartiger Nanoröhrchen bilden, die sich insbesondere durch ihre elektrische Leitfähigkeit auszeichnen. Aufgrund der halbleitenden Eigenschaften von Kohlenstoff, der eine Bandlücke in der Größenordnung von 0,5 eV aufweist, vermag sich die elektrische Leitfähigkeit unter bestimmten elektrostatischen Bedingungen, die bspw. durch eine extern an ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen angelegte elektrische Spannung und/oder durch eine entsprechende Dotierung vorgebbar sind, um Größenordnungen zu ändern. Durch diese Eigenschaft rücken Kohlenstoff-Nanoröhrchen ins Interesse hinsichtlich der Einsatzmöglichkeit als sensitive Komponente für Sensoren. So geht aus einem Artikel von Kong et al., Science 2000, 287, 622 bis 625 die Integration von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einen Feldeffekttransistor betreffend hervor, wobei die Nanoröhrchen die Funktion der Gate-Elektrode übernehmen und in Abhängigkeit ihrer elektrischen Leitfähigkeit den sich zwischen der Source und Drain-Elektrode ausbildenden elektrischen Strom beeinflussen. Hierbei wurde die Oberfläche der Nanoröhrchen mit geeigneten funktionalisierten Polymeren überzogen, an die sich je nach Polymerwahl NO₂ oder NH₃ selektiv anlagern, wodurch sich die elektrische Leitfähigkeit der Nanoröhrchen und somit der Source-Drain-Strom ändert. Je nach Funktionalisierung der Oberfläche der Nanoröhrchen ist es somit möglich bestimmte chemische Sensoren zu realisieren.

Aus einem Beitrag von K. Bestemann et al., Nanolett Vol. 3, No. 6, 2003, Seiten 727 bis 730 ist ein weiterer Vorschlag zu entnehmen, Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Biosensoren einzusetzen, insbesondere in Funktion eines pH-Sensors. Gleichsam der vorstehend beschriebenen Integration von Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Gate-Elektrode in einen Feldeffekt-Transistor zeichnet sich der von Bestemann vorgeschlagene pH-Sensor dadurch aus, dass die Oberfläche der Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einer Glukoseoxidase überzogen wird, wodurch die elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstoff-Nanoröhrchen entscheidend in Abhängigkeit des pH-Wertes eines Mediums, das mit dem Biosensor in Kontakt tritt, bestimmt wird.

Eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses eines Sensorsystems, das auf der Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Gate-Elektrode innerhalb eines Feldeffekttransistors beruht, ist dem Artikel von P. Qi et al., Nanolett., Vol. 3, No. 3, 2003, Seiten 347 bis 351 zu entnehmen. In diesem Artikel wird eine Vielfachanordnung derartiger Feldeffekttransistorstrukturen in Form einer Array-Anordnung vorgeschlagen.

Die vorstehenden Sensorsysteme, die die besonderen Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit von Kohlenstoff-Nanoröhrchen nutzen, werden unter Einsatz technisch aufwendiger Herstellverfahren, wie beispielsweise CVD- oder PVD-Verfahren gewonnen, mittels derer die Kohlenstoff-Nanoröhrchen an geeigneten Bereichen jeweils zwischen Drain- und Source-Elektrode der Feldeffekttransistorstruktur selektiv abgeschieden werden. Derartige Abscheideverfahren setzen kostenintensive Anlagen voraus, die entscheidend die Herstellkosten dieser Sensoren bestimmen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen chemischen Sensor zum Nachweis einer oxidierbaren oder reduzierbaren Substanz mit einer der nachzuweisenden Substanz frei zugänglichen Kohlenstoff-Nanopartikel, vorzugsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche, die mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist, derart weiterzubilden, dass die Herstellung derartiger chemischer Sensoren entscheidend vereinfacht werden soll, damit die für die Herstellung erforderlichen Kosten deutlich reduziert werden können. Zugleich gilt es einen derartigen chemischen Sensor mit einer möglichst hohen Sensitivität, d.h. hohem Signal zu Rauschverhältnis (S/N) auszubilden, um den Nachweis oxidierender oder reduzierender Substanzen zu ermöglichen, wie dies bei den vorstehend beschriebenen Sensoren der Fall ist. Insbesondere gilt es einen chemischen Sensor zur Messung von Sauerstoff anzugeben.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegt ist Gegenstand des Anspruches 1. Im Anspruch 14 ist ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen chemischen Sensors beschrieben.

Lösungsgemäß zeichnet sich ein chemischer Sensor zum Nachweis einer oxidierbaren oder reduzierbaren Substanz mit einer der nachzuweisenden Substanz frei zugänglichen Kohlenstoff-Nanopartikel, vorzugsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche, die mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist dadurch aus, dass beabstandet von der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche eine Referenzelektrode vorgesehen ist, die mit der Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche einen Zwischenraum begrenzt, in den ein die nachzuweisende Substanz enthaltender Elektrolyt einbringbar ist, der sowohl mit der Referenzelektrode als auch mit der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche in Kontakt tritt. Die Auswerteeinheit ist sowohl mit der Referenzelektrode sowie auch mit der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche verbunden und vermag die sich zwischen beiden Elektroden ausbildende elektrische Spannung bzw. den sich ausbildenden elektrischen Strom zu erfassen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee geht vom Grundprinzip einer galvanischen Zelle aus, bei der zwischen der Referenz- und Arbeitselektrode, im stromlosen Messfall das sich innerhalb eines Elektrolyts einstellende elektrische Potential erfasst wird, das sich in Abhängigkeit der gewählten Elektrodenmaterialien aber insbesondere durch die in der Elektrolytflüssigkeit gelösten Substanzen, Ionen bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass durch Vorsehen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen an der Oberfläche der Arbeitselektrode, die vorzugsweise aus einem zumindest Gold enthaltenden Material besteht, die Sensitivität für den Nachweis in der Elektrolytflüssigkeit enthaltenen oxidierenden oder reduzierenden Substanzen entscheidend gesteigert werden kann. Der besondere Vorteil der lösungsgemäßen Sensoranordnung ist darin zu sehen, dass zur Anbringung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen an der Oberfläche der Arbeitselektrode keine aufwendigen und kostenintensive Verfahren erforderlich sind, vielmehr können die zumeist in Pulverform käuflich auf dem Markt erhältlichen Kohlenstoff-Nanoröhrchen mittels geeigneten Fügetechniken an der Oberfläche der Arbeitselektrode angebracht werden, wobei die hierfür erforderlichen Fügetechniken nicht notwendigerweise kostenintensive Werkzeuge und Anlagen voraussetzen.

Das auf dem Markt käuflich erhältliche Kohlenstoff-Nanoröhrchenpulver, das sich aus kleinsten Nanoröhrchenteilchen zusammensetzt mit unterschiedlichen oder gleichen Rohrlängen, die typischer Weise Rohrlängen von maximal 100 μm aufweisen, kann in einer einfachsten Weise mit Hilfe eines Fügemittels an die Oberfläche der Arbeitselektrode, beispielsweise durch Schichtauftrag aufgebracht werden. Vorzugsweise eignet sich als Fügemittel eine selbst aushärtende Trägersubstanz, vor dessen Austrocknung das Nanoröhrchenpulver vor Auftragen auf die Oberfläche der Arbeitselektrode unter Ausbildung einer Suspension mit der Trägersubstanz vermengt wird. Die in flüssiger bzw. zähflüssiger Form vorliegende Suspension wird vorzugsweise gleichmäßig und dünnschichtig unter Ausbildung eines weitgehend homogenen Schichtüberzuges auf die Oberfläche der Arbeitselektrode aufgetragen und nachfolgend getrocknet. Der Anteil der der Suspension beizumengenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Pulver sollte so groß gewählt werden, dass nach Abtrocknen des auf die Oberfläche der Arbeitselektrode aufgebrachten Schichtüberzuges eine Oberfläche mit frei zugänglichen Nanoröhrchenteile entsteht, durch die die elektrochemische Eigenschaft, der sich neu ausbildenden Oberfläche der Arbeitselektrode bestimmt wird.

Ebenso ist es möglich, die Oberfläche der Arbeitselektrode homogen mit einer Leitlackschicht zu überziehen, auf die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Pulverform aufgebracht bzw. aufgestreut wird, in einem Zustand, in dem die Leitlackschicht noch zähflüssig ist und eine auf die Kohlenstoff-Nanoröhrchen adhäsive Wirkung ausüben, durch die die Nanoröhrchenteilchen selbständig an der Leitlackoberfläche anhaften. Auch mit dieser sehr einfachen Vorgehensweise kann gewährleistet werden, dass die sich neu ausbildende Oberfläche an der Arbeitselektrode frei zugängliche Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweist. Der Trocknungsvorgang des sich verfestigenden Leitlackes, in dem ein verdampfbares Lösungsmittel enthalten ist, kann durch kontrollierte Wärmezufuhr unterstützt werden. Hierzu ist lediglich ein gängiger Temperofen erforderlich, der als Grundausrüstung in vielen Labors ohnehin vorhanden ist.

Bei Verwendung einer Arbeitselektrode, die vorzugsweise aus einem zumindest Gold enthaltenden Metall besteht, hat sich der Einsatz von Leitgold als Leitlack besonders geeignet, der als Fügemittel für die in Pulverform vorliegenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen dient.

Eine weitere Möglichkeit zur oberflächigen Aufbringung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf die Oberfläche der Arbeitselektrode ist im Wege eines Druckvorganges realisierbar. Hierbei werden die in Suspension vorliegenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen, ähnlich einem Tintenstrahldrucker, auf die Oberfläche der Arbeitselektrode gedruckt. Genauso ist es möglich die Arbeitselektrode selbst zu drucken.

Eine weitere Variante für den Fügevorgang der Kohlenstoff-Nanoröhrchen an die Oberfläche der Arbeitselektrode sieht den Einsatz sich selbst organisierender biologischer Templates vor, wodurch die Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltende Oberfläche durch biologische Templates entsprechend funktionalisiert werden kann.

Alternativ oder in Kombination zu den vorstehend beschriebenen selbstorganisierenden biologischen Templates kann die Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltende Oberfläche mit Membranen zur Langmuir-Spreitung ausgestattet werden.

Wie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen ist, kann mit Hilfe einer galvanischen Zelle, deren Arbeitselektrode in der vorstehend beschriebenen Weise mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen überzogen ist, der Nachweis sowie die Konzentration von in der Elektrolytlösung vorliegenden Sauerstoff erfasst werden. Um die Sensitivität sowie Selektivität eines derartigen chemischen Sensors entsprechend zu wählen bzw. zu verbessern, ist die Oberfläche der Kohlenstoff-Nanoröhrchen vor oder nach Aufbringen auf die Oberfläche der Arbeitselektrode mit einer Materialschicht zu überziehen, an die sich eine jeweils nachzuweisende Substanz selektiv anlagert. Besonders geeignet hierzu sind biosensitive Rezeptorschichten, die vorzugsweise ein oder mehrere Enzyme enthalten, besonders solche bei denen Elektronentransferprozesse Signal bestimmend sind, wodurch ein derart modifizierter Sensor als vielseitiger Biosensor, vorzugsweise als planarer, transkutaner Enzymsensor, eingesetzt werden kann.

Derartige selektiv wirkende Materialien können zur Anlagerung an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen unmittelbar mit dem aus Kohlenstoff-Nanoröhrchenteilchen bestehenden Pulver vermengt werden, bevor, wie vorstehend beschrieben, das Pulver, beispielsweise auf eine bereits auf der Arbeitselektrodenoberfläche aufgebrachte Leitlackschicht aufgestreut wird. Auch ist es möglich die Nanoröhrchen in Kombination mit Oxid-Cluster aus z.B. TiO₅, Al₂O₃ auf die Arbeitselektrode aufzubringen oder die Trägersubstanz selbst als Membran auszubilden.

Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1 schematisierter Aufbau einer galvanischen Zelle, sowie
2 schematisierter Aufbau einer potentiometrischen Zelle.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In 1 ist eine galvanische Zelle dargestellt, die ein Gefäß 1 vorsieht, in der eine Elektrolytflüssigkeit 2 eingebracht ist. Zum Nachweis einer in der Elektrolytflüssigkeit 2 enthaltenden Substanz sind eine Referenzelektrode 3 sowie eine Arbeitselektrode 4 mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen 6 auf einem Trägermaterial 8 in die Elektrolytflüssigkeit 2 teilweise eingetaucht, wobei sich zwischen beiden Elektroden 3, 4 eine Potentialdifferenz U ausbildet, die mit Hilfe einer Auswerteeinheit 5 erfasst wird. Die Referenzelektrode 3 besteht vorzugsweise aus Silberchlorid, wohingegen die Arbeitselektrode aus einem Metall, vorzugsweise aus einem Gold enthaltenden Material besteht, deren Oberfläche lösungsgemäß mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen 6 überzogen ist. Die galvanische Zelle wird stromlos betrieben, so dass lediglich die sich zwischen beiden Elektroden 3, 4 ausbildende elektrische Spannung U mit Hilfe der Auswerteeinheit 5 erfasst wird. Experimentell konnte nachgewiesen werden, dass sich die Spannung in Abhängigkeit einer sich in der Elektrolytlösung 2 vorhandenen Sauerstoffkonzentration höchst sensitiv ändert.
Hierbei wurde als Elektrolyt PBS (Phosphat Buffered Saline, Sigma) verwendet. Die Sauerstoffkonzentration im PBS wurde durch Zufuhr von gasförmigem Sauerstoff erhöht, bzw. durch gasförmigen Stickstoff erniedrigt. Dabei folgte der gemessenen Spannungsverlauf der Sauerstoffkonzentration. Bei geringer Sauerstoffkonzentration bildete sich eine negativere Spannung heraus. Die Oberfläche wurde nicht weiter funktionalisiert, sondern wie in Anspruch 17 erstellt.
Alternativ zum Aufbau der in 1 gezeigten galvanischen Zelle, bei der der Sensoraufbau stromlos betrieben wird, ist es ebenso möglich, den chemischen Sensor im Wege einer sogenannten potentiometrischen Zelle zu realisieren, die schematisiert in 2 dargestellt ist. Hierbei tauchen wiederum eine Referenzelektrode 3 und die mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen 6 versehene Arbeitselektrode 4 auf einem Trägermaterial 8 in eine Elektrolytflüssigkeit 2 ein, die in einem Gefäß 1 eingebracht ist. Um zu vermeiden, dass sich eine im Wege des zwischen der Referenzelektrode 3 und Arbeitselektrode 4 einstellenden Stromflusses das Spannungspotential der Elektrolytflüssigkeit 2, das durch die Referenzelektrode 3 vorgegeben wird, ändert, sieht der in 2 dargestellte Aufbau eine Hilfselektrode 7 vor, mit der ein sich zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Hilfselektrode 7 einstellender Stromfluss erfasst wird. Die Referenzelektrode 3 dient in diesem Fall einzig allein dazu, das elektrische Potenzial des Elektrolyts 2 auf einem konstanten Niveau zu halten. Hierzu wird an die Referenzelektrode 3 eine fest vorgegebene Spannung angelegt.
Auch mit Hilfe der in 2 dargestellten potentiometrischen Zelle konnte die Funktionsweise der mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen versehenen Arbeitselektrode erfolgreich nachgewiesen werden. So konnte eine charakteristische Stromflussänderung zwischen Arbeitselektrode 4 und Hilfselektrode 7 festgestellt werden, durch Zugabe von Natriumsulfit (Na₂SO₃) in die Elektrolytlösung 2, wodurch der in der Elektrolytlösung gelöste Sauerstoffanteil variiert werden konnte.
Der lösungsgemäße chemische Sensor auf der Basis einer galvanischen Zelle, deren Arbeitselektrode mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen überdeckt ist, kann wie vorstehend beschrieben, mit einfachen labortechnisch verfügbaren Mitteln hergestellt werden, so dass ein derartiger hochsensitiver chemischer Sensors eine kostengünstige Verbreitungsmöglichkeit erfahren kann.

1: Gefäß
2: Elektrolytlösung
3: Referenzelektrode
4: Arbeitselektrode
5: Auswerteeinheit
6: Kohlenstoff-Nanoröhrchen
7: Hilfselektrode
8: Trägermaterial

Claims

Chemischer Sensor zum Nachweis einer oxidierenden oder reduzierenden Substanz mit einer die nachzuweisende Substanz frei zugänglichen Kohlenstoff-Nanopartikel, vorzugsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen, aufweisenden Oberfläche, die mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet von der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche eine Referenzelektrode vorgesehen ist, die mit der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche einen Zwischenraum begrenzt, in den ein die nachzuweisende Substanz enthaltender Elektrolyt einbringbar ist, der sowohl mit der Referenzelektrode als auch mit der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche in Kontakt tritt, und dass die Auswerteinheit eine sich zwischen der Referenzelektrode und der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche ausbildende elektrische Spannung und/oder einen sich ausbildenden elektrischen Strom erfasst.
Chemischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Pulverform, d.h. mit unterschiedlichen oder gleichen Röhrchenlängen, mit der Oberfläche verfügt sind.
Chemischer Sensor nach oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhrchenlänge der Kohlenstoff-Nanoröhrchen maximal 100 μm beträgt.
Chemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine Oberfläche einer aus elektrisch leitendem Material bestehenden Elektrode, die so genannte Arbeitselektrode, ist, auf der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen gefügt oder in der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen zumindest teilweise integriert sind.
Chemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche aus einem Fügemittel sowie den Kohlenstoff-Nanoröhrchen besteht, und dass das Fügemittel sowie die Kohlenstoff-Nanoröhrchen einen Schichtüberzug über eine Oberfläche einer Elektrode bilden.
Chemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode aus einem zumindest Gold (Au) enthaltenden Material besteht.
Chemischer Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine Oberfläche einer verfestigten Leitlackschicht ist, in der die in Pulverform vorliegenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen zumindest teilweise integriert sind.
Chemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einer Materialschicht überzogen sind, an die sich die nachzuweisende Substanz selektiv anlagert.
Chemischer Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht eine biosensitive Rezeptorschicht ist, vorzugsweise ein oder mehrere Enzyme enthält.
Chemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 90, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit mit der Referenzelektrode und der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche, der so genannten Arbeitselektrode, stromlos verbunden ist und in Art einer galvanischen Zelle eine sich zwischen der Referenzelektrode und der als Arbeitselektrode dienenden Oberfläche ausbildende elektrische Spannung erfasst.
Chemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit mit der Referenzelektrode und der die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche, der so genannten Arbeitselektrode, verbunden ist, eine vorgebbare elektrische Spannung zwischen Referenz- und Arbeitselektrode generiert und einen sich zwischen der Referenz- und Arbeitselektrode ausbildenden elektrischen Strom erfasst.
Chemischer Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit mit einer dritten Elektrode, einer so genannten Hilfselektrode, verbunden ist, die beabstandet zu der Referenz- und Arbeitselektrode angeordnet und mit dem Elektrolyt in Kontakt bringbar ist und den sich ausbildenden elektrischen Strom anstelle der Referenzelektrode liefert.
Verfahren zur Herstellung eines chemischen Sensors zum Nachweis einer oxidierbaren oder reduzierbaren Substanz mit einer die nachzuweisende Substanz frei zugänglichen Kohlenstoff-Nanopartikel, vorzugsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen, aufweisenden Oberfläche, die mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die zu einem Pulver zerkleinert sind oder werden, das aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Teilchen mit unterschiedlicher Röhrchenlänge besteht, – Fügen der Kohlenstoff-Nanoröhrchen an eine Oberfläche, die aus einem elektrisch leitendem Material besteht, – Vorsehen einer Referenzelektrode, die beabstandet gegenüber der als Arbeitselektrode dienenden, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden Oberfläche derart angeordnet wird, dass ein die Substanz enthaltender Elektrolyt sowohl mit der Referenz- als auch der Arbeitselektrode in Kontakt tritt, und – Elektrisches Kontaktieren von Referenz- und Arbeitselektrode mit einer Auswerteinheit.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einem Fügemittel vermengt werden und als Schicht auf die Oberfläche des elektrisch leitenden Materials aufgetragen werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Fügemittel ein elektrisch leitender Klebstoff oder ein Leitlack verwendet wird, der sich durch Abtrocknen eines im Klebstoff oder Leitlack enthaltenden Lösungsmittel, verfestigt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf eine sich im flüssigen Zustand befindliche Leitlackschicht aufgebracht werden, die als die Oberfläche des elektrisch leitenden Materials dient.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einem sich im flüssigen Zustand befindlichen Leitlack zu einer Suspension vermengt werden und die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisende durch Austrocknung oder Aufheizung der Suspension entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Leitlack Leitgold verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisende Oberfläche im Wege eines Druckvorganges hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen an der Oberfläche durch selbst organisierende biologische Template funktionalisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltende Oberfläche in Verbindung mit natürlichen und/oder künstlichen Membranen Langmuir gespreitet werden.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen reaktive Enzyme tragen und als planare, transkutane Enzymsensoren eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensitivität der Arbeitselektrode gegenüber der zu messenden Substanz durch eine dem Elektrolyten zugeführte Substanz aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensitivität der Arbeitselektrode gegenüber der zu bestimmenden Sauerstoffkonzentration durch dem Elektrolyten zugeführten Stickstoff (N₂) aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoröhrchen in Kombination mit Oxid-Cluster aus z.B. TiO₅, Al₂O₃ aufgebracht werden und/oder die Trägersubstanz selbst Membrancharakter zeigt.