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Sensorik was ist das?

 

Ein Sensor ist eine Art Fühler (Latein: sensus = Gefühl/Empfindung), der für spezifische Reize empfindlich ist. Diese Reize kann der Sensor dann sichtbar machen, indem er auf sie in einer bestimmten Art und Weise reagiert. Auch wir verfügen über verschiedenste Sensoren um uns in der Umwelt zurechtzufinden (Sehen, Hören, Riechen, Schmecken, Fühlen).

In der Technik ist ein Sensor ein vom Menschen gefertigtes, technisches Bauteil, welches auf bestimmte Änderungen des Umgebungszustandes reagiert. Diese Umgebungszustände können zum Beispiel Helligkeit, Temperatur, Schall, Druck, Feuchtigkeit, Beschleunigung, elektrische Leitfähigkeit oder elektromagnetische Felder sein.

Als Sensorik bezeichnet man in der Technik den Teilbereich, welcher sich mit den Theorien und der Anwendungen des Messens befasst. Oftmals werden die durch Sensoren erfassten Dinge dann in elektrische Impulse verwandelt um die Informationen verarbeiten zu können (z.B. Lichtschranken). Es müssen jedoch nicht unbedingt elektrische Impulse vom Sensor weitergegeben werden. Als Sensor kann zum Beispiel auch Indikatorpapier aufgefasst werden, welches auf verschiedene Ph-Werte mit Farbänderungen reagiert. Auch ein Flüssigkeitsthermometer kommt ohne elektrische Impulse aus.

 

Das Wichtigste an Sensoren ist demnach, dass sie uns irgendeine Art „Messbare“ Rückmeldung über das geben, was wir erfahren wollen!!!

 

Ob diese Rückmeldung über Stromimpulse, Farbänderungen oder andere Art erreicht wird ist für uns relativ zweitrangig und nur wichtig für den Zweck den der Sensor später einmal erfüllen soll.

Auch Empfindlichkeit eines Sensors für etwas bestimmtes, ist je nach Einsatzbereich wichtiger oder unwichtiger.

So kann ein ungenauerer Feuchtigkeitssensor immer noch dazu verwendet werden, um relativ genaue Aussagen (qualitative Aussage) über die Häufigkeit (quantitative Aussage) der Regentage zu erfassen. Denn der ungenaue Feuchtigkeitssensor wird bei viel Feuchtigkeit (Regen) auf jeden Fall auslösen.

Sensoren mit hoher Güte können einerseits sehr genaue Aussagen (qualitative Aussagen) über etwas treffen, da sie sehr empfindlich für kleinste Veränderungen sind. Andererseits können sie auch sehr schnell (möglichst in Echtzeit) wieder auf neue Veränderungen reagieren und dadurch viele Messergebnisse liefen (Quantität).

In bestimmten Bereichen ist es nicht nur von Vorteil über genaue Sensoren zu verfügen sondern auch, dass diese möglichst klein, kompakt und platzsparend sind. Dafür sind oftmals neue Entdeckungen notwendig, mit denen auch neue Messverfahren möglich werden. Ein Beispiel dafür ist das Blutzuckermessgerät für Diabeteskranke. Dank dieser immer genaueren und kleineren Sensoren sind die zum Teil aufwändigen, chemischen Analysen im Labor für den Blutzuckerspiegel unnötig geworden. Auch wird beim Blutzuckermessgerät nur noch ein winziger Tropfen an Blut benötigt.

 

Nanotechnologie und Sensorik:

Mittlerweile sind die Wissenschaftler daran, immer kleinere und genauere Sensoren zu entwickeln. In der Welt der Atome und Moleküle zeigen die Dinge zum Beispiel völlig neue Erscheinungen und Eigenschaften. Dieses spezielle Verhalten machen sich die Wissenschaftler zunutze, indem sie zum Beispiel ganze Oberflächen mit Hauchdünnen Strukturen belegen, sodass diese Miniwelt auf einen fingergroßen Chip passt. Die hauchdünnen Strukturen zeigen dann je nachdem Wie eng, oder aus welchem Material sie gefertigt wurden spezielle Verhaltensweisen gegenüber bestimmten Molekülen oder anderen äußeren Einflüssen.

So haben Wissenschaftler der Technischen Hochschule Zürich zum Beispiel einen Chip entwickelt, der auf winzigste Mengen von Aceton reagiert. Der Clou daran ist, dass Menschen die an Diabetes (Typ I) leiden, einen sehr hohen Anteil an Aceton in ihrem Atem haben. Mit dem Chip ist es somit möglich, ohne den Stich in den Finger, festzustellen ob ein Mensch an Diabetes leidet.

 

http://bilder4.n-tv.de/img/incoming/crop867287/9577727694-cImg_4_3-w282/100506-sensorproto-l1-220x165.jpg1

Der Diabetessensor der Schweizer Wissenschaftler. Zu sehen sind die hauchdünnen Leiterbahnen, welche aus Wolframoxidnanopartikeln dotiert mit Silicium bestehen. Das Material hat eine hauchdünne poröse Struktur, in welcher sich die Aceton Moleküle verfangen können.

 

Artikel Aceton Sensor

 

Artikel Aceton Sensor

 

Funktionsweise Aceton Sensor

 

Wissenschaftler des MIT (Massachusetts Institute of Technology) gehen sogar noch weiter. Sie haben Nanopartikel entwickelt, die auf den Blutzuckerspiegel (Glucose) von Diabeteskranken reagieren und dann eigenständig Insulin freisetzen, falls die Werte erhöht sind.

Artikel MIT

 

Doch auch andere Substanzen wie Glucose oder Aceton können „erschnüffelt“ werden!!

Materialwissenschaftler der TU Darmstadt haben eine „Nanonase“ entwickelt, welche auf winzigste Spuren von Sprengstoff reagiert, sodass es Terroristen in Zukunft schwer haben werden Sprengstoff an Bord eines Flugzeuges zu schmuggeln.

Pressetext Nanonase

Wissen-aktuell Nanonase

 

Nanobiosensoren

Ein weiterer Sektor an dem geforscht wird sind sogenannte Nanobiosensoren. Diese Nanobiosensoren sind im Prinzip winzigste Transistoren (elektrische Bauteile) im Nanometer Bereich, mit denen sich jedes beliebige Molekül aufspüren lässt.

Sie arbeiten nach dem „ Schlüssel-Schloss Prinzip“. Das heißt, dass der Sensor wie ein Türschloss funktioniert. Von den Wissenschaftlern wird der Sensor so konstruiert, dass er nur auf ein bestimmtes Molekül (Schlüssel) reagiert. Passt das Molekül zum Sensor, so schaltet der Transistor durch und zeigt den Forschern ein positives Ergebnis an. Das tolle an diesen sogenannten Nanobiosensoren ist, dass man diese winzigen Wunder der Technik tausendfach aufdrucken kann um kleinste Chips herzustellen. Diese Chips kann man dann in ein mobiles Gerät einbauen, welches dann zum Beispiel über ein Display das Messergebnis ausgibt.

Mit diesen Nanobiosensoren ist es zum Beispiel möglich bestimmte Tumorzellen aufzuspüren.

 

 

 

 

 

 

 

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Der Minisensor hat an der Oberfläche sogenannte Rezeptoren (grün), welche perfekt zum Molekül passen, welches aufgespürt werden soll. Durch das „Andocken“ an die Oberfläche schaltet der Nanofeldeffekttransistor durch.

 

Funktionsweise Nanobiosensor

 

Nanowerk Nanobiosensor



Quellen:

[1] http://bilder4.n-tv.de/img/incoming/crop867287/9577727694-cImg_4_3-w282/100506-sensorproto-l1-220x165.jpg

[2] http://met.usc.edu/projects/nano.php

http://www.ethz.ch/media/pressreleases/2010/detail?pr_id=985

http://www.ece.sunysb.edu/~milutin/pubs/gasSensorSL10.pdf

http://www.ethlife.ethz.ch/archive_articles/100506_diabetessensor_per/index_EN

http://web.mit.edu/newsoffice/2013/nanotechnology-could-help-fight-diabetes-0516.html

https://www.pressetext.com/news/20110727013

http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-13731-2011-07-28.html

http://met.usc.edu/projects/nano.php

http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=666.php

 
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