A fast and highly sensitive nano-calorimeter

Die vorliegende Publikation fasst die Ergebnisse des bmb+f-Pilotprojekts NanoCal zusammen. Ziel war die Erforschung, der Aufbau und der Test eines hochempfindlichen, schnellen Differential-Multiparameter-Nanokalorimeters beispielsweise für Untersuchungen der Faltungsdynamik von Proteinen und von Relaxationszeiten in Lipidmembranen. Dabei wurden die Grundlagen für die Entwicklung eines mikrostrukturierten Kalorimeterchips gelegt, welcher ähnlich empfindlich wie moderne Kalorimeter ist, durch die Miniaturisierung jedoch nicht nur deutlich kleinere Analytmengen zur Vermessung benötigt, sondern auch eine geringere Ansprechzeit aufweisen soll. Es wurden erste Demonstratorkalorimeter auf 4"-Wafer-Basis hergestellt. Die durch das thermische Rauschen begrenzte Temperaturauflösung lag bei ca. 75 µK. Dies entspricht einer Leistungsauflösung von ungefähr 2 µW. Aus den gewonnenen Daten lässt sich, da der technologische Weg nun vorgezeichnet ist, über ein Redesign der Kalorimeterlayouts die Leistungsfähigkeit der Kalorimeterchips weiter verbessern.

The main goal of the pilot project NanoCal was the research, manufacturing and test of a fast and highly sensitive multi-parameter differential scanning nanocalorimeter for the analysis of the dynamics of protein folding or relaxation times of lipid-membranes. Within this project the basis for the development of a micro-structured calorimeter chip was established. The sensitivity of such a chip should be similar to that of modern calorimeters, but due to the miniaturisation the system needs not only less quantities of analyte but features also a faster response time. First chips were made on 4"-wafers. The noise limit for temperature measurements was 75 µK, which corresponds to a power resolution of 2 µW. Based on the data derived, the performance of the calorimeter chip can now be improved by a redesign.