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DFG: Transduction of smart hydrogel swelling state by advanced flexible CNT-based MEMS capacitors on a membrane platform (HydroMEMS)
| Local Project Manager: | Dr. Sascha Hermann |
| Project Leader: | Dr. Julia Körner & Dr. Sascha Hermann |
| Partners: | Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) |
| Duration: | 01.04.2025 bis 30.03.2028 |
| Aims of the Project: | Smart hydrogels are biocompatible 3D polymer networks that change volume in response to stimuli such as temperature, humidity, organic vapors, or biomolecules—making them highly attractive for biomedical and chemical sensing. Yet their potential is often underused because reliable, robust ways to transduce hydrogel swelling into an electrical signal are still limited.
This project develops a miniaturizable, energy-efficient sensor concept based on electromechanical transduction. It uses self-forming flexible microstructures made from vertically aligned carbon nanotube (VACNT) pillar electrodes. When the hydrogel swells, it deforms these pillars, measurably changing their resistive–capacitive properties.
We will combine simulations and extensive experiments to uncover the underlying physics linking hydrogel swelling, force distribution, and electrical readout. Different hydrogel/transducer configurations will be explored to achieve both linear and switch-like sensor behavior. As a first demonstrator, we target detection of volatile organic compounds in gases, while also validating the platform’s versatility across multiple hydrogel types and environments (gas and liquid) and establishing robust closed-loop operating regimes.
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SMWA: MAC-1 – Microfluidic Assembly Card 1
| Local Project Manager: | Julia Hann |
| Project Leader: | Mathis Janßen |
| Duration: | 01.01.2026 bis 31.12.2026 |
| Aims of the Project: | Die DNA-Origami-Methode ist eine molekulare Nanotechnologie, bei der einzelne lange, cyclische DNA-Stränge durch kurze komplementäre Oligonukleotide (Klammer-Stränge, engl. staple strands) gezielt in definierte zweidimensionale oder dreidimensionale Strukturen gefaltet werden. Das Prinzip nutzt die hohe Spezifität der Basenpaarung, um komplexe, selbstassemblierende Formen im Nanometermaßstab zu erzeugen. DNA-Origami hat sich als Schlüsseltechnologie in der Nano(bio)technologie in den letzten 10 Jahren stark etabliert, da die Fähigkeit, DNA-Strukturen exakt zu formen, zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten eröffnet, wie bspw. als präzise Wirkstoffträger in der Medizin, Bindungsplattformen für Biosensoren oder als nanometergenaue Masken für lithographische Verfahren in der Halbleiterindustrie.
Dennoch ist die Herstellung von DNA-Origami-Strukturen heute noch überwiegend manuell, zeitaufwendig, ressourcenintensiv und nicht standardisiert. Jeder Schritt – vom thermischen Falten über die Funktionalisierung bis hin zur Reinigung – wird händisch durchgeführt und erfordert Fachwissen, Erfahrung, Spezialgeräte sowie viel Zeit. Das limitiert nicht nur die Skalierbarkeit, sondern auch den Transfer aus dem Forschungslabor in die wirtschaftliche Anwendung. Da DNA-Origami-Strukturen üblicherweise hochkonzentriert in µL-Volumina produziert werden, sind sie sehr gut geeignet für die Produktion in einem mikrofluidischen Aufbau.
Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung einer innovativen, mikrofluidischen Plattform zur schnellen, automatisierten und standardisierten Herstellung (Assembly) und Reinigung von DNA-Origami-Strukturen. Durch Kombination einer Heizstrecke zur Faltung und einer neuartigen gel-basierten Aufreinigung der DNA-Origami innerhalb einer Flusszelle soll ein Tool entstehen, welches die Synthese von DNA-Origami-Strukturen schneller, reproduzierbarer und ressourcenschonender gestaltet, als es die herkömmlichen, sequenziellen Produktionsweisen ermöglichen.
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