Chemo‐ und Biosensoren ‐ Grundlagen und Anwendungen

Chemie‐ und Umwelttechnik sowie Biotechnologie sind wie auch andere Fachgebiete durch eine ständige Zunahme des Automatisierungsgrades geprägt. Ist bei anderen Industriezweigen die einfache Rationalisierung der Grund, so sind es hier eher systemtheoretische Überlegungen oder Sicherheitsaspekte, die einen hohen Automatisierungsgrad verlangen. Entweder sind die Prozeßabläufe zu komplex und verlangen nach einer multifunktionellen Kontrolle mit rückgekoppelter Regelung, oder sicherheitsanalytische Überlegungen fordern eine gewisse Sicherheitsredundanz und den Ausschluß des Risikofaktors „menschliches Versagen”. In Zusammenhang mit Fragen der Qualitätssicherung lassen sich augenfällige Kosten/Nutzen‐Analysen anstellen, die zur Vermeidung von Ausschußproduktion ebenfalls einen hohen und vor allem ausfallsicheren Automatisierungsgrad verlangen. Kernstück jeglicher Automatisierungstechnik ist die Meß‐ und Regeltechnik; dabei ist die schnelle, zuverlässige, manchmal auch kontinuierliche Messung und Erfassung bestimmter relevanter Prozeß‐ oder Regelgrößen von zentraler Bedeutung. Dazu dienen die verschiedensten Meßwertaufnehmer oder auch Sensoren, die ein möglichst unverfälschtes Bild vom Zustand des Systems liefern sollen. Es liegt auf der Hand, daß die Qualität der Regelung entscheidend von den Sensoren abhängt. Falsche Meßgrößen können sich bei der Regelgröße verstärken oder bei dynamischen Systemen zu unerwünschten Betriebszuständen führen. Gerade auch wegen der gewaltigen Fortschritte auf dem Gebiet der Mikroelektronik zählen die „intelligenten” Sensoren, die sich selbst kalibrieren und kontrollieren, zu den Schlüsseltechnologien der neunziger Jahre. Ohne eine schnelle und direkte Information über den „Ist‐Status” sind regelnde Mikroprozessoren blind und anfällig gegenüber Eingabefehlern. Neue Erkenntnisse auf den Gebieten der elektronischen/elektrochemischen und optischen Transducer, der heterogenen Katalyse, supramolekularen Chemie und Oberflächenphysik sowie der Biochemie (Enzymologie und Immunologie) haben zu neuen Chemosensor‐Prinzipien geführt. Erste Modelle sind derzeit in Erprobung, sie könnten vor allem die instrumentelle Molekülanalytik wegen des sehr günstigen Preis/Leistungsverhältnisses revolutionieren. Der vorliegende Beitrag versucht, einen aktuellen Überblick über den derzeitigen Stand der Technik zu geben. Gewichtet wurde nach der Bedeutung für die Analytik, nach dem Interesse des Chemikers an stofferkennenden Mechanismen und nach Entwicklungsrichtungen, die ein kritischer Analytiker als lohnenswerte Ziele betrachtet.