Wie stellt man einen Siliziumchip her? Wie kann man chemische und biologische Prozesse überwachen? Diese und ähnliche Fragen standen im Mittelpunkt eines eintägigen Workshops zur Nanoelektronik, den Schülerinnen und Schüler ab Klasse 10 aufwärts am Institut für Nano- und Biotechnologien (INB) der FH Aachen absolviert haben. Das Ziel des Workshops war es, den Gymnasiasten naturwissenschaftliches Arbeiten und Themengebiete der Naturwissenschaften theoretisch und experimentell näher zu bringen.
Die Schüler aus dem Raum Grevenbroich lernten zunächst in einem Übersichtsvortrag von Prof. Dr. Arno Förster wesentliche Aspekte der modernen Nanotechnologie kennen. Er verdeutlichte den Zusammenhang von elektronischen Strukturen und Sensoren für biologische Prozesse. Im Anschluss hatten die Schüler in praktischen Übungen die Gelegenheit zu Experimenten in Praktikumsgruppen. Sie führten Versuche zur pH-Wert-Bestimmung in Lebensmitteln, Glukosemessung in biologischen Proben, Alkoholmessung in Atemluft sowie Mikroskopieren der Mikrochips durch.
Zur pH-Wert-Messung wurden, neben der aus dem Labor bekannten ionenselektiven pH-Glaselektrode, auch miniaturisierte Sensorchips in Siliziumtechnologie eingesetzt. Damit können kleinste Probenvolumina bis in den Bereich einzelner Regentropfen vermessen werden. Der pH-Wert spielt etwa bei Nahrungsmitteln eine entscheidende Rolle. Früher wurden Nahrungsmittel mit Geschmacksorganen getestet, dadurch wurden manche als sauer, andere als alkalisch beurteilt. Heutzutage können mit modernen pH-Elektroden diese Geschmackwahrnehmungen in exakte Zahlenwerte eingestuft werden. Bei der Steuerung und Regelung von chemischen oder biologischen Vorgängen spielt die Überwachung des pH-Wertes eine entscheidende Rolle. Die Schülerinnen und Schüler lernten bei der Glukosemessung am Beispiel des Glukosesensors das Funktionsprinzip eines Biosensors. Die Glukose wurde durch Enzyme in Wasserstoffperoxid, das amperometrisch nachgewiesen werden konnte, umgesetzt. Mithilfe eines Laboranalysegerätes wurde das Prinzip der Fließinjektionsanalyse erläutert und Messkurven für verschiedene Glukosekonzentrationen aufgenommen. Aus den Messwerten lässt sich eine Kalibriergerade erstellen, mit deren Hilfe man bei Messung einer unbekannten Glukoselösung die gesuchte Konzentration bestimmen kann. Zuletzt hat man bei der Durchführung der Atemluftkontrolle die Funktion der Gassensoren, sowie die Problematik der Signalreproduzierbarkeit bei derartigen Sensoren erläutert.
Geleitet wurde der Workshop von Seiten der FH Aachen von Prof. Dr. Arno Förster unter Mitwirkung des Mitarbeiters David Rolka und der Doktoranden des Instituts, Thomas Bronder, Shahriar Dantism und René Welden. Er richtete sich an Schülerinnen und Schüler ab der 10. Klasse von Gymnasien für das PasTeG (Pascal Technikum Grevenbroich).