Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

ETH-Forscher entwickeln neue chemische Analysemethode / Das einzelne Molekül im Visier

22.01.2007
Chemiker um ETH-Professor Renato Zenobi haben ein neues Analyseverfahren entwickelt, das Substanzen mit extrem hoher Empfindlichkeit und Präzision nachweisen kann. Es ermöglicht, einzelne Moleküle auf Oberflächen zuverlässig zu identifizieren. Die ETH-Forscher stellen die neue Methode im "Journal of Physical Chemistry" vor.

Forscher der ETH Zürich haben ein Analyseverfahren entwickelt, das insbesondere für Anwendungen in der Nanotechnologie von grossem Interesse sein dürfte. Wie die Gruppe von ETH-Professor Renato Zenobi in der Fachzeitschrift "Journal of Physical Chemistry" berichtet, gelang es ihr, einzelne Moleküle auf einer Oberfläche zu lokalisieren und chemisch genau zu bestimmen. Damit stösst die chemische Analyse in neue Dimensionen vor. Eine Identifikation auf einem Massstab von gerade mal 10 Nanometern wird durch dieses neue Verfahren möglich.

Chemischer Fingerabdruck

Um einzelne Moleküle nachzuweisen, setzte man bisher auf die Fluoroszenzmethode. Diese ermöglicht allerdings keine absolut zuverlässige Identifikation der gefundenen Substanzen. Die von den ETH-Forschern nun entwickelte Methode basiert hingegen auf der Raman-Spektroskopie, die einen regelrechten Fingerabdruck des Moleküls liefert. Dabei wird die zu untersuchende Probe mit Laserlicht bestrahlt. Der grösste Teil des Lichts wird umgehend reflektiert; ein Teil jedoch wird von den Molekülen absorbiert und anschliessend als klar definierte Ramanstrahlung wieder abgegeben. Misst man diese ausgesendete Strahlung, lässt sich erkennen, welche Substanzen sich auf der Probenoberfläche befinden.

Millionenfache Verstärkung

Das Prinzip dieser Messmethode ist an sich schon lange bekannt. Limitierend war bisher, dass Einzelmoleküle ein zu schwaches Signal aussenden. Den ETH-Forschern gelang es nun aber, mit einer speziellen Versuchsanordnung das Signal massiv zu verstärken. Bereits seit längerem weiss man, dass die Ramanstrahlung intensiver wird, wenn man die Probe auf eine Silber- oder Goldunterlage aufträgt. Einen vergleichbaren Effekt, allerdings mit einer wesentlich kleineren räumlichen Ausdehnung, erreicht man, wenn man während der Messung mit einer Silber- oder Goldspitze über die Probe fährt.

Zenobi gelang es nun, durch die Kombination der beiden Ansätze eine hochauflösende Analysemethode zu entwickeln. Die Probe wird auf eine flache Oberfläche aus Gold aufgebracht. Während der Messung fährt man mit einer Silberspitze, die ähnlich fein ist wie diejenige eines Rasterkraftmikroskops, über die Probe. Zwischen Spitze und Goldunterlage entsteht auf einer Fläche von ungefähr 10 mal 10 Nanometern ein starkes elektrisches Feld, welches das Ramansignal um einen Faktor 107 verstärkt.

Dreifache Bestätigung

Die Forscher konnten anhand von zwei verschiedenen Substanzen zeigen, dass sich mit der Methode grundsätzlich alle Verbindungen nachweisen lassen. Die Wissenschaftler sind sich auch sicher, dass sie mit dem Verfahren tatsächlich einzelne Molekülen nachweisen können. Verdünnt man beispielsweise die Probesubstanz auf der Goldoberfläche, misst man dort, wo noch Moleküle vorhanden sind, immer noch die gleich starken Signale wie vorher. Allerdings gelingt ein Nachweis - wie erwartet - an deutlich weniger Stellen. Für die Präzision des Verfahrens spricht auch, dass die gemessenen Signale über einige Sekunden hinweg betrachtet schwanken. Dies rührt nach Ansicht der Forscher von den Bewegungen der Moleküle her. Würden die gemessenen Ramansignale von einer Ansammlung von Molekülen stammen, würde man keine solche Schwankung erwarten. Ein dritter Hinweis, der zuversichtlich stimmt, ist schliesslich, dass an vereinzelten Stellen das Ramansignal plötzlich unwiderruflich verschwindet. Dies, so erklären die Forscher, geschieht dann, wenn die Moleküle durch das Laserlicht zersetzt werden.

Die Forscher sehen für ihre neue Methode zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Prinzipiell ist es nun möglich, auf dünnen Materialproben mit hoher Präzision zu bestimmen, wo welche Substanzen vorkommen. Solche Messungen könnten in der Biologie, in der Umweltanalytik, aber auch bei der Herstellung von neuen Materialen hilfreiche Informationen liefern.

Weitere Informationen
ETH Zürich
Prof. Renato Zenobi
Laboratorium für Organische Chemie
Tel: +41 44 632 43 76
E-Mail: zenobi@org.chem.ethz.ch
Korrektur vom 22.01.2007
Weihua Zhang, Boon Siang Yeo, Thomas Schmid, Renato Zenobi: Single Molecule Tip-Enhanced Raman Spectroscopy with Silver Tips, Journal of Physical Chemistry (2007).

Anke Poiger | idw
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Berichte zu: ETH-Forscher Molekül Probe Präzision Ramansignal Zenobi

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikro-U-Boote für den Magen
24.01.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Echoortung - Lernen, den Raum zu hören
24.01.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie