Contributions to the development of novel nanotechnological sensor chips for the detection of meat deterioration in special consideration of optimising the sensitivity with regard to chemical modification

Abstract

Herkömmliche Nachweisverfahren für die Bestimmung und die Identifikation von mikrobiologischem Lebensmittelverderb sind zeitaufwändig, da sie auf üblichen Kultivierungstechniken beruhen oder die Veränderung von Umwelteinflüsse wie etwa die Temperatur oder den pH-Wert detektieren. Diese Parameter spiegeln jedoch nicht die reale Qualität des getesteten Fleisches wieder. Ziele dieser Arbeit waren Beiträge zur Entwicklung eines neuartigen nanotechnologischen Sensorchips zur Detektion von Fleischverderb unter besonderer Berücksichtigung von Sensitivitätsoptimierungen im Hinblick auf chemische Modifizierung der sensitiven Polymerschicht und Sensor Layout. Dieser biomimetrische Sensor nützt die Effekte der anormalen Absorption aus und kann den/die Konsumenten/Konsumentinnen im Supermarkt in Echtzeit den Frischegrad anzeigen. Weitreichende Verbesserungsansätze wurden auf der Ebene mehrerer Parameter, u.a. der Polymerkonzentration, der Vernetzerkonzentration und der Dicke der metallischen Beschichtung, dargebracht. Auch das Setup an sich wurde bei diesen Untersuchungen modifiziert. Ein Ergebnis dieser Entwicklung war ein neuartiger 2-Schicht-Biosensor, der keiner dritten metallischen Schicht bedarf und dennoch mit einem eindeutigen Farbumschlag den Zeitpunkt des Verderbs anzeigt. Dieser Sensor ist somit im Hinblick auf den Herstellungsprozess, die Fertigungskosten sowie gesundheitliche Aspekte dem ursprünglichen 3-Schicht-Setup klar überlegen.Standard methods for the detection and identification of microbiological spoilage of food are time-consuming as they use conventional culturing techniques or monitor environmental conditions like the increase of temperature or pH. These parameters do not reflect the real quality of the meat to be tested. Aim of this study was to make contributions to the development of a novel nanotechnological sensor chip for the detection of meat deterioration, in special consideration of optimising the sensitivity with regard to chemical modification of the sensitive polymer and the sensor layout. This biomimetic sensor utilises the effect of anormolous absorption and is able to show the consumer in the grocery store the rate of deterioration in real time. Numerous developmental approaches for several parameters, e.g. polymer concentration, linker concentration and thickness of the metallic layer, were examined. Even the sensor setup itself was modified within these studies. The result of this development was a novel 2-layer-biosensor with no need of a third metallic layer, which indicates the point of decay with a clearly visible colour shift. This sensor is superior to the original 3-layer-setup with regard of production process, costs as well as health aspects