Maßgeschneiderte formanisotrope bi-metallische Nanopartikel für die optische Bioanalytik

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Fritzsche; Professor Dr. Johann Michael Köhler
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320385762

Die Lösung aktueller Probleme der Medizin, der Biotechnologie und des Umweltmanagements, darunter die Beherrschung neuer und multiresistenter Keime, die personalisierte Medizin und die Entwicklung nachhaltiger biotechnischer Verfahren setzen eine Diagnostik auf Einzelzellniveau voraus. Deswegen werden dringend neue leistungsstarke sensorische Verfahren benötigt, die eine selektive Erkennung mit einem allgemein einsetzbaren Transduktionsprinzip und einer hohen Transduktionsrate verbinden und die auch auf kleine Molekülensemble oder Einzelmoleküle anwendbar sind. Optische Sensorik basierend auf nanoskaligen Transducern (LSPR-Sensing lokalisierte Oberflächenplasmonen-Resonanz) zeigt ein hohes Potential zur breiten Anwendung in der Bioanalytik mit deutlichen Vorteilen (technisch einfachere Detektion, Miniaturisierung, Parallelisierung) gegenüber der etablierten SPR (propagierenden Oberflächenplasmonen-Resonanz). Zur Erschließung dieses Potentials werden im geplanten Projekt neuartige und sensitivere plasmonische Nanopartikel entwickelt unter Nutzung der Kombination zweier Sensitivitäts-erhöhender Effekte: Formanisotropie (Silber-Prismen) und bi metallischen Partikelaufbau. Bei anisotropen Partikeln ist eine Verstärkung des elektromagnetischen Feldes in bestimmten Regionen des Partikels (Ecken etc.) zu beobachten, wodurch eine höhere Sensitivität für Brechungsindexveränderungen durch dort anbindende Analyte erwartet wird. Dieser Effekt soll erstmals mit der beobachteten Sensitivitätserhöhung durch dünne Sekundärmetall schichten auf plasmonischen Nanostrukturen [1] kombiniert werden.Um die Vorteile derartiger Partikel bioanalytisch nutzen zu können, ist eine schmale Verteilung der Größe (und damit der resultierenden spektroskopischen Eigenschaften) notwendig, was durch die Entwicklung und den Einsatz einer mikrofluidischen Synthese dieser Partikel realisiert wird. Dabei spielt neben chemisch und thermisch homogeneren Keimbildungsbedingungen in kleinen Volumenkompartimenten insbesondere die Selbstassemblierung von primären Metallclustern zu wachstumsfähigen Partikeln in der Seed-Phase der Synthese eine Rolle. Neben der so zu erwartenden verbesserten primären Keimbildung erlaubt ein mikrofluidischer Syntheseansatz eine von dieser Keimbildung getrennte Beeinflussung der Anordnung der Cluster, was die Bildung neuartiger bimetallischer Partikel mit signifikant verbesserten biosensorischen Eigenschaften ermöglicht. Damit soll das Forschungsvorhabens am Beispiel formanisotroper plasmonischer Nanopartikel exemplarisch klären, wie Mikroreaktionstechnik zum gezielten Aufbau von neuartigen funktionellen Nanomaterialien genutzt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen