Flexible Synthese stabiler Goldnanopartikelcluster

• Antragsteller: Dr. Florian Schulz
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290481307

In der Synthese von Nanopartikeln unterschiedlichster Materialien ist heute ein hohes Maß an Form- und Größenkontrolle erreicht. Zunehmendes Interesse besteht nun an der kontrollierten zwei- und dreidimensionalen Anordnung von Nanopartikeln. Man erhofft sich durch die Wechselwirkung zwischen den Nanopartikeln gezielt neue Eigenschaften zu erhalten, die sich von denen der einzelnen Partikel unterscheiden. In diesem Forschungsvorhaben soll eine zuverlässige und flexible Route für die Synthese definierter Cluster aus sphärischen Goldnanopartikeln entwickelt werden. Die Cluster sollen aus einem Kernpartikel bestehen, der äquidistant von anderen Partikeln, den Satelliten, umgeben ist. Die Größen von Kern und Satelliten sollen dabei variabel und die Zahl und der Abstand der Satelliten kontrollierbar sein. Außerdem sollen die Cluster eine hohe Stabilität aufweisen, gleichzeitig aber eine Diffusion von Molekülen in die Clusterstruktur hinein ermöglichen. Für die Synthesen werden Mischungen von mono- und heterobifunktionellen Polyethylenglykol- (PEG-) Liganden verwendet, die über Thiolgruppen an die Goldoberfläche der Nanopartikel binden. Während der Synthese an die Liganden erzeugte Dithiocarbamatgruppen erlauben das Binden weiterer Goldnanopartikeln. Ziel des Projekts ist die Kontrolle der Clustergeometrie und die Stabilität des Ansatzes. Nach der grundlegenden Charakterisierung der Cluster soll deren Potential als verstärkendes Medium für direkte oberflächenverstärkte Ramanstreuung (SERS) und refraktometrisches Sensing getestet werden. Dazu soll die Diffusion von Analytmolekülen unterschiedlicher Größe und Hydrophobizität in die Clusterstrukturen hinein studiert werden. Die hohen elektromagnetischen Feldverstärkungen in Bereichen zwischen den Partikeln, den sogenannten Hot Spots, bewirken die starken Verstärkungen der Raman-Streuung und hohe Sensitivität für Änderungen des Brechungsindex und sind direkt mit den optischen Eigenschaften der Cluster verknüpft. Unterstützt durch theoretische Modellierungen sollen die Cluster daher spektroskopisch umfassend charakterisiert werden, um ihre Geometrie hinsichtlich ihrer analytischen Anwendung zu optimieren. Durch maßgeschneiderte Oberflächenchemie der Clusterkomponenten sollen die Cluster derart optimiert werden, dass auch Anwendungen in komplexen Medien und der Nachweis anspruchsvoller Analyten möglich ist. In der abschließenden Phase des Projekts sollen erste Experimente zur Übertragbarkeit der Synthesestrategie auf hybride Cluster, z.B. aus Goldnanopartikeln und Halbleiternanopartikeln, durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Spanien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Holger Lange; Professorin Dr. Doreen Mollenhauer; Privatdozent Dr. Markus R. Wagner