Integrierte photonische Bauelemente

Photonische Biosensoren sind sehr gut geeignet, um schnelle und genaue molekulare Analysen in Point-of-Care-Anwendungen zur Früherkennung von Krankheiten, als Alternative zur Standardmethode des Nachweises von Mikroorganismen durch Blutkulturen, zur Lebensmittelanalyse oder zur Umweltüberwachung durchzuführen.

Wir entwickeln photonische Biosensoren mit Siliziumnitrid-Mikroringresonatoren als Wandlerelemente. Im Detail funktioniert der auf einem Mikroringresonator basierende Biosensor wie folgt: Ziel-Bioproteine, die an die Oberfläche der funktionalisierten Mikroringstruktur binden, bewirken eine Änderung des effektiven Brechungsindex der in die Struktur einfallenden Mode und damit eine Verschiebung der Resonanzwellenlänge, die bei der Überwachung des Spektrums am Ausgangstor detektiert wird. Je schmaler die Resonanzspitzen des Transmissionsspektrums sind, desto höher ist die Empfindlichkeit des Resonators.

Eine geeignete Funktionalisierung der Mikroring-Oberfläche ermöglicht darüber hinaus die Detektion einer Bindung zwischen einem spezifischen bioaktiven Rezeptor (Antikörper, DNA) und dem Analyten (z. B. Biomarker-Protein), die an der modifizierten Oberfläche stattfindet. Mit Hilfe von Mikro-Ringresonator-basierten Biosensoren könnten Biomarkerproteine bis zu sehr niedrigen Konzentrationen von etwa 10 pg/ml nachgewiesen werden. Wir entwickeln eine hochempfindliche, kostengünstige, zuverlässige und skalierbare On-Chip-Biosensor-Plattform mit Multiplex-Architektur und optimierter Lichteinkopplung auf den Chip.