Konzentration einstellen
Die Sensoren werden nacheinander mit Lösungen von 0 bis 100 mM Phosphat gespült. Der NaCl-Hintergrund hält die grundlegende Ionenstärke möglichst konstant.
Bachelorarbeit · Messkampagne 24.07.2026
Wie gut kann ein OECT Phosphat messen?
Diese Seite erklärt den Versuch, die Auswertung und ihre Grenzen so, dass man dafür weder Elektrotechnik noch Chemie studiert haben muss.
- Transferkennlinien
- 780
- Ausgewertet
- 432
- Transistoren
- 18 von 20
- Messdauer
- 13,5 h
einzelne elektrische Messkurven
nach Qualitätsprüfung und Equilibrierung
zwei defekte Devices ausgeschlossen
auf- und absteigende Konzentrationsreihe
01
Grundlagen
Was wird hier eigentlich gemessen?
Ein OECT ist ein elektrisch lesbarer Ionensensor.
OECT steht für Organic Electrochemical Transistor, auf Deutsch: organischer elektrochemischer Transistor. Zwischen Source und Drain liegt ein leitfähiger Kunststoffkanal aus PEDOT:PSS. Durch diesen Kanal fließt ein Strom.
Über dem Kanal befindet sich eine Flüssigkeit und darin eine dritte Elektrode: das Gate. Eine Spannung am Gate bewegt Ionen aus der Flüssigkeit in den Kanal oder wieder heraus. Dadurch ändert sich, wie gut der Kanal leitet.
Wenn Phosphat die elektrische Antwort reproduzierbar verändert, kann man aus dem gemessenen Signal auf die Konzentration schließen.
Elektrische Kurve aufnehmen
Die Gate-Spannung läuft von −0,2 V auf +0,4 V und zurück. Dabei wird der Strom zwischen Source und Drain aufgezeichnet.
Kennwerte vergleichen
Aus jeder Kurve werden Größen wie Schwellenspannung, Strom und Hysterese berechnet. Danach wird geprüft, welche Größe zuverlässig mit der Konzentration zusammenhängt.
02
Versuchsdesign
Warum wurde so gemessen?
Warum zwei Gate-Materialien?
Gold und Molybdän können mit der Flüssigkeit unterschiedlich wechselwirken. Gemessen wurden je zehn Transistoren pro Material. So lässt sich prüfen, ob ein Material empfindlicher oder reproduzierbarer reagiert.
Warum 100 mM NaCl?
Mehr Phosphatsalz bedeutet automatisch mehr gelöste Ionen. Ohne konstanten Hintergrund wäre unklar, ob der Sensor auf Phosphat oder nur auf die insgesamt höhere Ionenmenge reagiert. NaCl reduziert diese Verwechslung deutlich.
Warum auf- und wieder absteigen?
Die Konzentration wurde erst erhöht und anschließend wieder gesenkt. Stimmen beide Wege überein, spricht das für Reversibilität. Unterschiede zeigen Drift, langsame Equilibrierung oder bleibende Veränderungen.
Warum drei Scans pro Messpunkt?
Der erste Scan nach einem Flüssigkeitswechsel dient der Eingewöhnung des Sensors und wurde verworfen. Scan 2 und 3 zeigen, ob sich das Signal danach stabil wiederholt.
| Phosphatreihe | Blindwert → 10 µM → 100 µM → 1 mM → 10 mM → 100 mM → zurück |
|---|---|
| Hintergrund | 100 mM NaCl; DI-Reinstwasser separat betrachtet |
| Gate-Materialien | Gold (Au) und Molybdän (Mo), je zehn Transistoren |
| Drain-Spannung | −0,2 V, während der gesamten Transfermessung konstant |
| Gate-Sweep | −0,2 V → +0,4 V → −0,2 V |
| Wiederholungen | Drei Scans je Punkt; Scan 1 nicht in der Auswertung |
03
Kalibrierung
Wie hängt das Signal mit der Konzentration zusammen?
So liest man das Diagramm
Jeder Punkt ist der Mittelwert mehrerer intakter Transistoren. Die senkrechten Striche zeigen die Streuung zwischen den Devices. Je enger die Punkte einer klaren Linie folgen, desto zuverlässiger lässt sich die Konzentration aus dem Signal ableiten.
- R²
- Beschreibt die Güte einer Geraden. 1,0 wäre ein perfekter linearer Zusammenhang; 0 bedeutet keinen linearen Zusammenhang.
- Dekade
- Eine Verzehnfachung der Konzentration, zum Beispiel von 100 µM auf 1 mM.
- VT
- Schwellenspannung: die Gate-Spannung, bei der der Transistor einen definierten Schaltzustand erreicht.
AU / Vₜ
−60
mV / Dekade
R² 0,960 · Fit ab 100 µM
Gold-Gate Molybdän-Gate linear ausgewerteter Bereich
Was ist daraus abzulesen?
Gold: Ab 100 µM sinkt VT mit steigender Konzentration nahezu geradlinig. Die Steigung beträgt rund −60 mV pro Dekade, R² liegt bei 0,96. Das ist das belastbarste Ergebnis der Messkampagne.
Molybdän: Die Transistoren lassen sich nur schwach modulieren und streuen stark. Wahrscheinlich fällt ein großer Teil der Gate-Spannung an einer Oxidschicht ab, statt den Polymerkanal zu beeinflussen.
Wichtiger Unterschied
Erkennen ist nicht dasselbe wie eindeutig bestimmen.
Der Gold-Sensor unterscheidet bereits 10 µM sehr deutlich vom Blindwert. Das Signal ist dort aber nicht monoton: 10 µM und eine deutlich höhere Konzentration können ein ähnliches Ergebnis liefern.
Darum liegt die reine Nachweisgrenze unter 10 µM, während der eindeutig quantifizierbare Bereich erst bei 100 µM beginnt.
04
Qualitätskontrolle
Welche Daten durften in die Auswertung?
Ein defekter Transistor kann einen Mittelwert stark verfälschen. Deshalb wurden alle 20 Devices nach festen Kriterien geprüft: Stromniveau, ON/OFF-Verhältnis, Gate-Leckstrom, Transkonduktanz, Stabilität am Blindwert und erwartete Signalrichtung.
Die Entscheidung erfolgte also nicht nach optischem Eindruck, sondern anhand derselben Regeln für jedes Device.
20 geprüfte Transistoren verwendet ausgeschlossen
Hat die Fluidik über Nacht funktioniert?
Ja, bis auf den letzten Reinstwasser-Schritt. Die Konzentrationsblöcke liefen mit gleichmäßigen Pausen. Erst vor DI_2 entstand eine 60-minütige Unterbrechung; gleichzeitig sprang der Gate-Leckstrom auf beiden Chips. Dieser Block wurde deshalb ausgeschlossen.
05
Einordnung
Was ist bewiesen – und was noch nicht?
Das zeigen die Daten
- Gold ist in dieser Messkampagne das deutlich geeignetere Gate-Material.
- VT ist die robusteste Kalibriergröße.
- Der monotone Arbeitsbereich beginnt bei 100 µM.
- Die Kalibrierung ist im relevanten Bereich weitgehend reversibel.
- Die schwache Mo-Antwort ist kein Fluidikartefakt.
Das bleibt offen
- NaCl reduziert den Einfluss der Ionenstärke, beseitigt ihn aber nicht vollständig.
- Na₂HPO₄ verändert zusätzlich den pH-Wert; PEDOT:PSS kann darauf reagieren.
- Der verbleibende Signalanteil lässt sich daher noch nicht eindeutig Phosphat zuordnen.
- Zwischenpunkte fehlen, um den nicht-monotonen Bereich unter 100 µM sauber zu kartieren.
06
Nachvollziehbarkeit
Daten und Auswertung herunterladen
Die Diagramme auf dieser Seite werden direkt aus den CSV-Ergebnissen erzeugt. Die Dateien können für eigene Berechnungen, Tabellen oder Abbildungen heruntergeladen werden.