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Wir präsentieren eine Plattformtechnologie zur gleichzeitigen, mobilen, markerfreien Detektion von mehreren Proteinen. Ein photonischer Kristall, der mit Liganden lokal funktionalisiert ist, dient hier als Sensor. Über ein kompaktes, Kamera-basiertes Messsystem wird die Proteinanbindung an die Sensoroberfläche in ein Intensitätssignal umgewandelt, über dessen Amplitude die Proteinkonzentration bestimmt werden kann. Um das Detektionslimit dieser Technologie weiter zu verbessern, werden hier photonische Kristalle mit einer multiperiodischen und aperiodischen Gitterstruktur simulativ und experimentell untersucht. Dafür werden die Gesamtempfindlichkeit und die Resonanzgüte jeder Struktur bestimmt und mit der bisher verwendeten monoperiodischen Struktur verglichen. Es konnte festgestellt werde, dass sich die Resonanzgüte von mono- über multi- bis aperiodisch deutlich verbessert. Eine Steigerung der Gesamtempfindlichkeit konnte nicht festgestellt werden. Jedoch konnte anhand von Analysen der elektrischen Feldverteilung innerhalb der verschiedenen Strukturen beobachtet werden, dass die Modenausbreitungen in den aperiodischen Strukturen stark lokalisiert wird und die elektrische Feldintensität in diesen 'Hot-Spots' deutlich über der mittleren Feldintensität, die eine flächige Funktionalisierung repräsentiert, liegt. Diese lokale Resonanzausbildung konnte zudem bereits in ersten experimentellen Untersuchungen bestätigt werden. We present a platform technology for mobile, label-free detection of several proteins in parallel. A photonic crystal locally functionalized with ligands forms the basis of our sensor. Using a compact, camera-based measuring system the protein binding to the sensor surface is transformed into an intensity signal. From the signal amplitude the protein concentration is determined. To enhance the limit of detection of this technology photonic crystals with multiperiodic and aperiodic nanostructures are investigated in simulation as well as in experiment. The bulk sensitivity and the resonance quality factor for each structure are determined and compared to the previously used monoperiodic structure. The resonance quality factor is enhanced from monoperiodic over multiperiodic up to aperiodic nanostructures. An increase of the bulk sensitivity cannot be ascertained. By analyzing the distribution of the electric field strength within the different nanostructures, a localization of the mode dispersion within the aperiodic structure is observed. The electric field intensity in these 'hot spots' is clearly larger than the average field intensity. This local resonance occurrence could also be confirmed in first experimental studies. [ABSTRACT FROM AUTHOR] |
