Funktionsprinzip und Anwendung der Kraftkompensationsmessmethode für miniaturisierte hydrogelbasierte Sensoren

1 Einführung

Bereits seit mehr als 30 Jahren sind sogenannte Stimulus-responsive Hydrogele und deren Nutzung als Messwandler in chemischen Sensoren, Gegenstand der Forschung [1], [2]. Stimulus-responsive Hydrogele sind eine Materialgruppe mit einer besonderen Eigenschaft. Ihr Volumen ist abhängig von einem äußeren Stimulus (z. B. Temperatur, pH-Wert, Ethanolgehalt, Glukosekonzentration, ...). Die Volumenänderung geschieht durch Wasseraufnahme oder -abgabe. Jeder Stimulusgröße ist somit ein Hydrogelquellgrad zugeordnet, wobei die Quellvorgänge reversibel sind (siehe Abbildung 1). Auf welchen Stimulus die Hydrogele reagieren, ist abhängig von den bei der Hydrogelherstellung eingebrachten funktionellen Gruppen, sodass das Hydrogel für die jeweilige Anwendung gezielt auslegbar ist.

Abb. 1

Stimulus-responsives Hydrogel, bestehend aus Polymernetzwerk und aufgenommenem Wasser, wobei der Wassergehalt von äußeren Stimuli, wie z. B. Temperatur ϑ, pH-Wert oder Konzentrationen c A eines gelöst vorliegenden Analyten, abhängig ist.

Das Sensorprinzip hydrogelbasierter Sensoren besteht darin, die Stimulus-abhängige Volumenreaktion des Hydrogels in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Seit Beginn der Entwicklung hydrogelbasierter Sensoren wurden daher zahlreiche Verfahren erforscht, wie die Quellgradänderung des Hydrogels erfasst werden kann. Man macht sich dabei zu nutze, dass mit dem Volumenphasenübergang des Hydrogels elektrische [3], [4], [5], [6], optische [7], [8], [9], magnetische [10], [11], [12], [13], gravimetrische [14], [15], [16], [17] oder mechanische [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25] Eigenschaftsänderungen verbunden sind. Dieses breite Spektrum von Auswertemöglichkeiten spiegelt sich im Stand der Technik hydrogelbasierter Sensoren wieder. Einige Ausführungsbeispiele solcher Sensoren zeigt Abbildung 2.

Abb. 2

Prinzipbilder exemplarischer hydrogelbasierter Sensoren, welche (a) elektrische [3], (b) optische [7], (c) gravimetrische [14], (d) magnetische [13] oder (e, f) mechanische [18], [26] Eigenschaftsänderungen des Hydrogels infolge der Änderung der Analytkonzentration Δ c A erfassen.

Die Attraktivität hydrogelbasierter Sensoren liegt vor allem in den folgenden Vorteilen begründet:

1. Durch gezielte Wahl der polymeren Bestandteile sind Hydrogele für viele Messgrößen herstellbar (z. B. pH-Wert, Salzkonzentrationen, Glukose, Ethanol, Urea, CO₂).

2. Da das Messprinzip stets den messgrößenabhängigen Hydrogelquellgrad auswertet, ist ein einzelnes Prinzip als Plattform für verschiedene Hydrogele nutzbar und erlaubt die einfache Herstellung von Sensorarrays [27].

3. Hydrogelsensoren sind mit Hilfe von Mikrofabrikationstechniken einfach miniaturisierbar, wobei eine Strukturierung der Hydrogelschicht bis in den nm-Bereich herab möglich ist [9], [26].

4. Hydrogele sind kostengünstig und vergleichsweise einfach herstellbar.

1. Mit dem Volumenphasenübergang des Hydrogels sind langwierige, größenabhängige Diffusionsprozesse verbunden. Dies kann in Sensoranwendungen zu Einstellzeiten in der Größenordnung von Minuten bis Stunden führen.

2. Die viskoelastischen Eigenschaften von Hydrogelen können bei der Anwendung in Hydrogelsensoren zu einem Kriechen des stationären Endwerts führen und ein Hystereseverhalten hervorrufen.

2 Messmethode der Kompensation mit einem bisensitiven Hydrogel

Wesentlicher Grund für die langen Einstellzeiten hydrogelbasierter Sensoren ist der Volumenphasenübergang des Hydrogels infolge der Änderung des Stimulus bzw. der Messgröße. Ein solcher Übergang erfolgt typischerweise in den zwei Schritten [32]:

1. Stimulusdiffusion,

2. kooperative Diffusion.

Die Messmethode der Kraftkompensation – angewandt auf hydrogelbasierte Sensoren – greift diese Idee auf, indem der Hydrogelsensoraufbau um einen Aktor erweitert und dieser in einem geschlossenen Regelkreis betrieben wird (siehe Abbildung 3 [31]). Ruft eine Messgrößenänderung, bspw. einer Salzkonzentration c N a + , einen Volumenphasenübergang des Hydrogels hervor, so bringt der Aktor aufgrund der Rückkopplung eine entsprechende Gegenkraft F k auf, welche das Hydrogel im initialen Quellzustand hält. Die Messinformation ist nun nicht mehr im Signal zu finden, sondern stattdessen in der Aktorstellkraft F k , welche die Quellung kompensiert. Die Gegenkraft steht in direktem Zusammenhang mit dem messgrößenabhängigen Quelldruck des Hydrogels und ist somit das Messsignal im kraftkompensierten Sensoraufbau. Ein Unterdrücken des Volumenphasenübergangs verkürzt die Einstellzeiten, kann potenziell Langzeit-Driften entgegenwirken und zum Erzielen einer linearen Sensorkennlinie beitragen [37].

Abb. 3

Gezwängtes Hydrogel, dessen salzkonzentrationsabhängiger Quellzustand (a) über einen Drucksensor in eine Drucksensorausgangsspannung U D gewandelt wird ( = ˆ Ausschlagsmessmethode) bzw. (b) dessen Quellzustand über eine Regelschleife konstant an einem Arbeitspunkt gehalten wird ( = ˆ Kompensationsmessmethode). Im letzteren Fall enthält die quelldruckabhängige Gegenkraft F k die Messinformation über die Messgröße Salzkonzentration c N a + .

Als Gegenkraft-Aktoren können bspw. eine veränderliche Wassersäule [35], eine Druckluftquelle [31] oder ein separater, temperaturgesteuerter Hydrogelaktor [36] eingesetzt werden. Nachteilig ist jedoch, dass diese Aktoren nicht miniaturisierbar sind: Der Druckluftansatz erfordert einen Druckluftanschluss und die benötigten Drücke liegen im dreistelligen kPa-Bereich [31]. Ein Hydrogelaktor benötigt stets ein externes Wasserreservoir, welches nicht miniaturisiert werden konnte [36]. Darüber hinaus muss bei Aufbringen des Gegendrucks das Hydrogel vollständig gezwängt sein. Die angeführten Kompensationsvarianten sind daher kaum auf andere Hydrogelsensorprinzipien des jetzigen Standes der Technik übertragbar.

Die vorliegende Arbeit zeigt daher eine vollständig andere Variante der Kompensation, bei der die Aktorfunktion in das Hydrogel hineinverlagert wird und die Kompensation des Quelldrucks so auf molekularer Ebene innerhalb des Hydrogelkörpers selbst erfolgt. Dies wird möglich, indem ein bisensitives Hydrogel genutzt wird, welches zusätzlich zu der Messgrößen-Sensitivität (z. B. der Salzkonzentration c N a + ) noch eine weitere Sensitivität gegenüber der Temperatur aufweist [38]. Die zusätzliche Temperatursensitivität wird genutzt, um eine Messgrößen-bedingte Quellung oder Entquellung zu kompensieren und den Quellzustand an einem definierten Arbeitspunkt zu halten (siehe Abbildung 4 a). Die vom Regelkreis eingestellte Temperatur am Hydrogel steht dann in direktem Zusammenhang zur Messgröße und dient als Messwert.

Abbildung 4 b zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches diese, auf einem bisensitiven Hydrogel beruhende Kraftkompensation umsetzt. Als grundlegendes Prinzip ist das piezoresistive Hydrogelsensorprinzip gewählt, wobei das bisensitive Hydrogel ( d = 1 mm, h = 0 , 5 mm) nicht vollständig eingezwängt ist, sondern von der Messlösung umspült wird [39], [40]. Der Sensoraufbau ist auf einem TO8-Sockel als einem Standard-Träger für Sensorkomponenten ausgeführt, was den erreichten Grad der Miniaturisierung unterstreicht. Die Hydrogeltemperatur wird via Mikropeltierelementen eingestellt. Eine im piezoresistiven Drucksensor integrierte Halbeiterdiode dient als Temperaturfühler, um die vom Regelkreis eingestellte Kompensationstemperatur am bisensitiven Hydrogel zu erfassen.

Abb. 4

(a) Funktionsprinzip der Kraftkompensation mit einem bisensitiven Hydrogel, bei der eine Festwertregelung die quellgradabhängige Ausgangsspannung U D des Drucksensors und somit den Hydrogelquellgrad konstant hält. Dies geschieht, indem der Regelkreis die Hydrogeltemperatur ϑ über die Peltierelement-Spannung U P entsprechend einstellt. (b) Umsetzung in einem Sensoraufbau [39].

3 Bisensitive Hydrogele

Für den Betrieb des Hydrogelsensors ist ein für diese Art der Kraftkompensation maßgeschneidertes, bisensitives Hydrogel notwendig. Zwar sind multisensitive Hydrogele aus anderen Arbeiten bekannt [41], [42], [43], [44], doch erfüllen diese Hydrogele nicht vollständig die Anforderungen des für den Sensoraufbau benötigten kraftkompensatorisch wirksamen Hydrogels. Diese sind [45]:

1. Sensitivität gegenüber der Messgröße, in dieser Arbeit beispielhaft gegenüber der Ionenkonzentration c N a + einer NaCl-Salzlösung.

2. Zusätzliche Sensitivität zur Aktuierung des Hydrogels, in diesem Fall eine Temperatursensitivität im Bereich von 25 ° C bis 45 ° C.

3. Quasi-statische Kompensation des Hydrogelvolumens, d. h. es müssen Wertepaare aus den beiden Stimulusparametern Temperatur ϑ und Analytkonzentration c N a + existieren, die zum gleichen Quellgrad anregen.

4. Die zeitliche Volumenänderung des Gels auf den Aktorstimulus ϑ soll wesentlich schneller geschehen als die zeitliche Volumenänderung infolge eines Konzentrationswechsels c N a + .

5. Möglichst hohe mechanische Festigkeit des Hydrogels, um der Rückstellkraft der Biegeplatte des piezoresistiven Drucksensors standzuhalten.

6. Wünschenswert ist überdies ein möglichst linearer Zusammenhang zwischen Konzentration c N a + und quellgradkompensierender Temperatur ϑ, um im späteren Kompensationsbetrieb des Sensors eine möglichst lineare Sensorkennlinie zu erhalten.

Bei den drei Hydrogelen handelt es sich im ersten Fall um ein Copolymer, bestehend aus Acrylsäure (AA) und N-Isopropylacrylamid (NiPAAm), im zweiten Fall um interpenetrierende Polymernetzwerke, basierend auf NiPAAm und 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure (AMPS) [46] sowie im dritten Fall um semi-interpenetrierende Polymernetzwerke, basierend auf NiPAAm, AMPS und langen Ketten der Sulfonsäure (PAMPS) [45]. Die Monomere AA bzw. AMPS (blau) sind für die Salzsensitivität verantwortlich und das Monomer NiPAAm (rot) bewirkt die Temperatursensitivität. Die Hydrogelbezeichnungen gemäß IUPAC, der Polymertyp und eine schematische Darstellung, wie das Polymer aus den einzelnen Monomeren zusammengesetzt ist, sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tab. 1

Überblick und Vergleich der Eigenschaften der drei bisensitiven Hydrogele, welche die Anforderungen an ein kraftkompensatorisch wirksames Hydrogel erfüllen (Merkmal ist stark (+), mittelmäßig (∘) oder kaum (−) ausgeprägt).

Hydrogel	net-P(AA-co-NiPAAm) [47]	[net-P(AMPS-co-NiPAAm)]-ipn-[net-P(AMPS-co-NiPAAm)] [46]	[net-P(AMPS-co-NiPAAm)]-sipn-PAMPS [45]
Polymertyp	Copolymer	interpenetrierende Polymernetzwerke	semi-interpenetrierende Polymernetzwerke
Architektur
Quellverhalten
Breite lineare Kennlinie	∘	+	+
	Linearitätsfehler >5 K	Linearitätsfehler <5 K	Linearitätsfehler <5 K
Hohe Druckfestigkeit	–	∘	+
	F B = ( 6 , 6 ± 2 , 4 ) N	F B = ( 22 , 3 ± 4 , 5 ) N	F B > 40 N
Einfache Fertigung	+	∘	+
	Ein Vernetzungsschritt	Zwei Vernetzungsschritte	Ein Vernetzungsschritt

Abb. 5

(a) Darstellung der Isochore eines Referenzquellgrads sowie (b) zeitliche Übergänge nach einem gleichzeitigen Wechsel von Konzentration und Temperatur zur Beurteilung der Hydrogeldynamik.

Alle drei Hydrogele besitzen ein bisensitives Quellverhalten gegenüber c N a + und ϑ, sodass die quasi-statische Kompensation im gewünschten Bereich erreicht wird. Als Maß für den Quellgrad Q m ist die Masse des aufgenommenen Wassers im Verhältnis zur Trockenmasse des Trockenpolymers angegeben, wobei Q m , max dem maximal erreichten Quellgrad entspricht. Die Hydrogele Nr. 2 und Nr. 3 weisen für eine Isochore bei 0 , 5 · Q m , max in einem weiten Bereich einen annähernd linearen Zusammenhang zwischen Ionenkonzentration c N a + und Kompensationstemperatur ϑ auf, was für den Sensorbetrieb günstig ist (Linearitätsfehler < 5 K). Zugleich besitzen diese beiden Hydrogele eine wesentlich höhere Druckfestigkeit (Kraft F B bei Bruch) als das Copolymer, was u. a. auf zusätzliche Verhakungen in diesen Netzwerkarchitekturen zurückzuführen ist [48]. Hydrogel Nr. 3 zeichnet sich darüber hinaus durch eine vereinfachte Herstellung gegenüber Hydrogel Nr. 2 aus, da lediglich ein Vernetzungsschritt zur Polymergewinnung erforderlich ist. Dies ist für einen Sensoraufbau fertigungstechnisch günstiger.

Abbildung 5 zeigt zusätzlich die dynamischen Quelleigenschaften dieses Hydrogels Nr. 3 in freier Quellung. Dazu wurden gleichzeitig Salzkonzentrations- und Temperaturstimulus auf eine makroskopische Hydrogelprobe aufgebracht. Konzentration und Temperatur sind dabei so gewählt, dass nach Abschluss aller Quellvorgänge wieder der gleiche Hydrogelquellgrad vorherrscht. Aus dem zeitlichen Antwortverhalten des Hydrogels in Form der Änderung des Hydrogeldurchmessers kann die Aussage gewonnen werden, dass der temperaturbedingte Einfluss den Volumenphasenübergang zeitlich gegenüber der konzentrationsbedingten Volumenänderung dominiert [45], [50]. Die Dynamikanforderungen sind somit ebenfalls erfüllt.

Im Gesamtvergleich eignet sich das Hydrogel [net-P(AMPS-co-NiPAAm)]-sipn-PAMPS damit besonders gut für den Sensoraufbau gemäß Abbildung 4 und wurde daher genutzt.

Abb. 6

Schematische Darstellung des Sensoraufbaus im (a) Ausschlagsbetrieb und (b) Kompensationsbetrieb sowie (c) exemplarische Messkurven beider Betriebsmodi mit Umschalten der Betriebsart von Ausschlagsbetrieb zu Kompensationsbetrieb bei t = 160 min. Die erfolgreiche Quellkompensation ist bei t = 200 min hervorgehoben.

4 Messergebnisse und Diskussion

Zum Nachweis der erfolgreichen Verbesserung der Sensoreigenschaften unter Anwendung dieser neuen Kraftkompensationsmethode wurden vergleichende Messexperimente jeweils im Ausschlagsbetrieb und im Kompensationsbetrieb durchgeführt. Ausschlagsbetrieb bedeutet in diesem Fall, dass der Kompensationsregelkreis inaktiv ist und somit eine Hydrogelquellung zugelassen wird. Das heißt, dass diese Betriebsart weitestgehend dem im Stand der Technik vorgestellten, herkömmlichen piezoresistiven Hydrogelsensor entspricht, bei dem die Ausgangsspannung des Drucksensors der Messwert ist. Im Kompensationsbetrieb wird entsprechend den Ausführungen in Abschnitt 2 die Hydrogeltemperatur derart geregelt, dass Kompensation eintritt und der Hydrogelquellgrad stets am definierten Arbeitspunkt von Q m , 0 = 8 gehalten wird. Die beiden Betriebsmodi sind in Abbildung 6 im Vergleich gezeigt. Zur Beaufschlagung der Konzentrationsprofile wurde ein eigens entwickelter automatisierter Messstand verwendet [39]. Ziel der Kompensationsmethode ist, wie oben ausgeführt, eine deutliche Verbesserung einer Reihe von Sensoreigenschaften gegenüber der Ausschlagsmethode. Von den hierfür durchgeführten Experimenten sind im folgenden vier wesentliche Ergebnisse vorgestellt.

4.1 Quellunterdrückung

In einer ersten Messung wird die erfolgreiche Unterdrückung des Volumenphasenübergangs bei Kompensationsbetrieb gezeigt. Abbildung 6 c zeigt eine Sensormessung, beginnend im Ausschlagsbetrieb, d. h. der Wechsel zwischen den drei Salzkonzentrationen bewirkt ein Quellen oder Entquellen des Hydrogels. Die Ausgangsspannung U D des Drucksensors folgt den Volumenphasenübergängen. Die Sensortemperatur ϑ S wird bei einem festen Wert von 32 °C gehalten. Dies dient der Ermittlung des Arbeitspunkts für den Kompensationsbetrieb. Als Arbeitspunkt bzw. konstant zu haltender Referenzquellgrad ist der Quellgrad Q m , 0 = 8 besonders geeignet, da er näherungsweise dem Synthesequellgrad des Hydrogels entspricht [40]. Bei einer Temperatur von 32 °C und einer Salzkonzentration von 0 , 032 mol l − 1 liegt genau dieser Quellgrad Q m , 0 = 8 vor, sodass die zugehörige Soll-Drucksensorspannung U D , soll für den Kompensationsbetrieb ermittelbar ist.

Ab t = 160 min erfolgt der Kompensationsbetrieb, indem auf diesen Arbeitspunkt U D , soll = 47 mV geregelt wird. Anhand der Messkurve ist erkennbar, dass nun die Sensortemperatur als neues Messsignal dem Konzentrationswechsel folgt. Die Abweichung der festwertgeregelten Drucksensorausgangsspannung vom Sollwert ist vernachlässigbar gering. Dies heißt, dass im Kompensationsbetrieb die Volumenphasenübergänge erfolgreich unterdrückt werden und stattdessen die vom Regelkreis eingestellte Temperatur am Hydrogel zum Erhalt des Referenzquellgrads Q m , 0 die Messinformation über die vorliegende Konzentration enthält.

Abb. 7

Normierte Ausgangssignale von Ausschlags- und Kompensationsbetrieb für (a) einen Konzentrationswechsel von 0 , 01 mol l − 1 nach 0 , 1 mol l − 1 und (b) den inversen Konzentrationswechsel.

4.3 Messbereichserweiterung

Durch den Betrieb eines Hydrogelsensors im Kraftkompensationsbetrieb ist ein deutlich größerer Messbereich möglich als im Ausschlagsbetrieb. Grund hierfür ist, dass sich im Ausschlagsverfahren die Hydrogelschicht bei starker Entquellung von der Biegeplatte des Drucksensors ablösen könnte oder die Biegeplatte bei starker Quellung zerstört würde. Eine Fesselung des Quellgrads an einem definierten Arbeitspunkt würde dies verhindern und so einen breiteren Konzentrationsmessbereich zulassen. Um dieses Verhalten nachzuweisen, wurde ein Sensor mit einer dünneren Hydrogelschicht aufgebaut, sodass die Biegeplatte im Ausschlagsbetrieb (Betriebstemperatur ϑ S = 32 ° C) bei der Ionenkonzentration 0 , 1 mol l − 1 eine negative Auslenkung erfährt. Abbildung 8 a zeigt, dass dies zu einer Ausgangsspannung U D des Drucksensors von weniger als 0 mV führt, welche von der Messanordnung nicht verarbeitet werden kann. Im Kompensationsbetrieb (siehe Abbildung 8 b) bewirkt der konstant gehaltene Quellgrad hingegen, dass diese Konzentration noch detektierbar und ein Messwert in Form der Kompensationstemperatur ϑ S ermittelbar ist. Diese Messung zeigt daher, dass für Hydrogelsensoren im Ausschlagsbetrieb der Messbereich durch den Arbeitsbereich verwendeten Sensorkomponenten begrenzt sein kann, mit dem Kompensationsbetrieb diese Beschränkungen aber überwindbar sind und eine Erweiterung des Messbereichs möglich ist.

Abb. 8

Abgeänderter Sensor aufbau mit dünnerer Hydrogelschicht im (a) Ausschlagsbetrieb und (b) Kompensationsbetrieb. Während im Ausschlagsmodus der Messbereich durch die nicht verarbeitbare negative Biegeplattenauslenkung oder das Ablösen des Hydrogels von der Biegeplatte begrenzt ist, kann der gesamte Konzentrationsbereich im Kompensationsmodus erfasst werden.

4.4 Hystereseverhalten

Zur Beurteilung von Hystereseeigenschaften und Sensorkennlinie wird der Sensor nacheinander mit verschiedenen Messlösungen im Messbereich zwischen 0,1 und 0 , 01 mol l − 1 beaufschlagt. Abbildung 9 zeigt das Verhalten des Sensors bei dieser kontinuierlichen Messung sowohl für den Ausschlags- als auch den Kompensationsbetrieb. Bei Auftragung der stationären Endwerte, d. h. im Ausschlagsmodus der Spannung U D bzw. im Kompensationsmodus der Temperatur ϑ S , ist eine deutliche Hysterese für den Hydrogelsensor im Ausschlagsbetrieb erkennbar, während diese für den kraftkompensierten Sensorbetrieb vernachlässigbar gering ist. Die deutliche Richtungsabhängigkeit eines ausschlagsbasierten Hydrogelsensors ist möglicherweise auf die viskoelastischen Eigenschaften des Hydrogels zurückzuführen. Die Wechselwirkung zwischen Hydrogelquelldruck und den unterschiedlichen Rückstellkräften der Drucksensorbiegeplatte können zu einem ausgeprägten Kriechen führen und so den stationären Endwert beeinflussen. Das Halten von Hydrogelquellgrad und Biegeplattenvorauslenkung an einem definierten Arbeitspunkt reduziert diese Einflüsse und resultiert in einem signifikant verbesserten Hystereseverhalten.

Abb. 9

Messsignalverlauf und stationäre Endwerte in Abhängigkeit von verschiedenen Konzentrationsstufen im (a) Ausschlagsbetrieb und (b) Kompensationsbetrieb. In der Auftragung der stationären Endwerte des Ausschlagsmessverfahrens ist eine signifikante Hysterese erkennbar.

5 Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Kraftkompensationsmessmethode für hydrogelbasierte Sensoren vorgestellt, bei der die Kompensation des Quelldrucks in einem bisensitiven Hydrogel erfolgt. Um dies zu erreichen, wurden drei kraftkompensatorisch wirksame Hydrogele entwickelt, welche die gestellten Anforderungen erfüllen. Mit diesen bisensitiven Hydrogelen und der neuen Kompensationsmessmethode kann eine deutliche Vereinfachung und Miniaturisierung des Sensoraufbaus erreicht werden, die bei früheren kraftkompensierten Sensoren aufgrund der benötigten Großaktoren nicht möglich war. Neben der deutlichen Verkleinerung des Sensoraufbaus konnte gezeigt werden, dass die in diesem Sensor umgesetzte Fesselung des Hydrogels an einem festen Arbeitspunkt die Sensoreigenschaften deutlich verbessert. Neben einer Verkürzung der Einstellzeiten gegenüber dem Ausschlagsbetrieb bewirkt das Messverfahren eine drastische Reduktion von Hystereseeffekten und eine Verbreiterung des Messbereichs. Außerdem lässt sich so die nichtlineare Kennlinie von weiteren Sensorbestandteilen, wie bspw. Drucksensoren, linearisieren. Die Kompensationsmessmethode mit einem bisensitiven Hydrogels wurde in dieser Arbeit am Beispiel eines piezoresistiven Hydrogelsensors gezeigt. Prinzipiell ist sie jedoch als generelles Messverfahren für hydrogelbasierte Sensoren nutzbar und auf andere Hydrogelsensoren übertragbar. Sensor- und Aktorstimulus des Hydrogels sind in dieser Arbeit eine Salzkonzentration und die Temperatur. Prinzipiell sind diese durch Weiterentwicklungen des Hydrogels jedoch auch durch andere Stimuli ersetzbar, um den Sensor anderen Anwendungen zuzuführen oder den Sensoraufbau weiter zu verkleinern.