Direkte Messung des Zirkulardichroismus durch Evanescent‐Wave‐Cavity-Ring-Down-Spektroskopie mit rational entworfenen plasmonischen Strukturen

• Antragsteller: Dr. Jer-Shing Huang
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423427290

Zirkulardichroismus (CD) ist die differentielle Absorption von zirkular polarisiertem Licht durch molekulare chirale Domänen. CD liefert wichtige Informationen über die molekulare Konformation und spielt eine wichtige Rolle in der qualitativen Analyse von biomedizinischen und pharmazeutischen Proben. Aufgrund des Unterschieds von Lichtwellenlänge und der Größe der molekularen chiralen Domänen ist CD jedoch typischerweise sehr klein und nicht sensitiv genug für eine quantitative Analyse. In den letzten zehn Jahren erwiesen sich plasmonische Nanostrukturen als sehr leistungsfähig hinsichtlich der Modellierung von optischen Nahfeldern zur Verbesserung der chiralen Licht-Materie-Wechselwirkung. Auf der anderen Seite ist Evanescent-Wave-Cavity-Ring-Down-Spektroscopy (EW-CRDS) eine ausgereifte und realisierbare Methode geworden, um schwache Absorption durch Mehrfachreflexion in der Kavität zu erhöhen. Es lässt sich deshalb erwarten, dass eine erfolgreiche Kombination von Plasmonik und EW-CRDS die Empfindlichkeit der chiralen Analyse stark verbessern könnte. In diesem Projektantrag planen wir, den Verstärkungseffekt von Nanoplasmonik und EW-CRDS zu kombinieren, um die Empfindlichkeit der CD-Analyse an kondensierten chiralen Proben zu erhöhen. Das Ziel ist die Entwicklung eines neuen und empfindlichen plasmonischen EW-CRDS-Apparats für die quantitative chirale Analyse. Bisher konnte eine direkte CD-Analyse mit EW-CRDS aufgrund der Schwierigkeit, die zirkulare Polarisation des Lichts in der Kavität des EW-CRDS aufrechtzuerhalten, nicht gezeigt werden. Ein typisches EW-CRDS arbeitet mit linear polarisierten optischen Moden. Daher kann das optische Feld keine unterschiedliche Händigkeit von chiralen Domänen unterscheiden. Um dieses Problem zu lösen, schlagen wir vor, rational entworfene plasmonische Nanostrukturen zu verwenden, um die linear polarisierten Hohlraummode lokal in ein enantioselektives lokales Feld für die chirale Analyse umzuwandeln. Plasmonische Nanostrukturen lösen nicht nur das Problem der linearen Polarisation der Resonatormode, sondern bieten darüber hinaus auch die Möglichkeit, die chirale Licht-Materie-Wechselwirkung zu verstärken. Im Falle des Projekterfolges, können wir die Begrenzung auf linear polarisiertes Licht umgehen und EW-CRDS für eine direkte und empfindliche CD-Analyse einsetzen. Dies wäre dementsprechend die erste Demonstration einer direkten CD-Analyse mit EW-CRDS. Nach einem erfolgreichen Projektabschluss wäre mit einem neuen analytischen Tischinstrument für die empfindliche und quantitative CD-Analyse auf der Basis von EW-CRDS zu rechnen. Die Innovation dieses Projekts ist die Kombination von Nanoplasmonik mit EW-CRDS, um ultrasensitive direkte CD-Analyse zu ermöglichen. Dieses Projekt ist nicht nur für die Grundlagenforschung interessant, sondern hat auch Potential für reale Anwendungen in der biochemischen Analyse und im Wirkstoffdesign.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen