Lehrinhalte
• Konvergenz zweier informationsverarbeitender Meta-Systeme als Gegenstand der Bioelektronik.
• Elektrische Ladungen, Felder und Potentiale, Informationsmatrices Wasser und Silizium, Strukturvergleich, elektrischer Strom und Leitfähigkeit, Widerstand, Halbleiter, Verschiebungsstrom, elektrische Kapazität, Membranpotentiale.
• Diffusion von Ladungsträgern und Ionen, Drift-Diffusions-Gleichungen, pn-Kontakt, Diode, Reinraumtechnologie I, Erregungsleitung und Signaltransduktion im Axon, EKG.
• MOS-Kapazität, Schwellspannung, Reinraumtechnologie II: dünne Schichten, Beschichtungstechniken, MOSFET, Chip-Architekturen, Dialog mit Neuronen.
• p-Kanal MOSFET, CMOS, Logik-Bauelemente: Inverter, NOR- und NAND-Gates, Addierer, Multiplizierer, Systembiologie mit Logik-Gattern.
• Speicherbauelemente, DRAM, Flash, Vergleich von Struktur, Informationsdichte und Fehleranfälligkeit mit DNA, Skalierung vs. Evolution.
• Entropie und Information, Unbestimmtheits-Relation, Entropie als fehlende Information, Turing-Maschine, Computer, Informationsverarbeitung mit DNA.
• Informationsaustausch: Fermi-Energien in Halbleitern und elektrochemische Potentiale in Zellen als gemeinsame “Sprache”, Biokorrosion, Biokompatibilität, Immobilisierung von Biomolekülen und Zellen, hybride Systeme, Nanostrukturen.
• Biosensoren: elektrochemische Biomolekülsensoren, ISFETs und Derivate, mikroelektromechanische Systeme (MEMS), SAW-Sensoren, Viskosität, Affinitätsassays.
• Systemintegration, Mikrofluidik, Biotech-Plattformen und Lab-on-Chip-Systeme.
• Ethik und Nachhaltigkeit bioelektronischer Systeme, Zukunft der Evolution.
• Begleitende Übungen zum Erlernen von Computer-Tools zum Entwurf bioelektronischer Systeme, d.h. Anfangsgründe von Finite-
Elemente-Methoden (FEM), Electronic-Design-Automation (EDA) und Computer-Aided-Design (CAD).
