Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit dem Nano-Ohr in die Stille lauschen - Nanopartikel detektieren winzigste akustische Schwingungen

13.01.2012
Wie laut krabbelt ein Floh? Welche Schallwellen verursacht ein wanderndes Bakterium?

Physikern des Exzellenzclusters „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) ist es erstmals gelungen, Schallwellen im Größenbereich dieses Mikrokosmos zu messen. Als Nano-Ohr fungiert ein einzelnes Goldnanopartikel, das in einem Laserstrahl in der Schwebe gehalten wird.

Das Partikel schwingt durch die minimale akustische Anregung um wenige Nanometer parallel zur Schallrichtung. Diese Auslenkung können die Wissenschaftler um Dr. Andrey Lutich vom Lehrstuhl von Professor Jochen Feldmann an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München mit einer herkömmlichen Videokamera und einem Dunkelfeldmikroskop optisch nachweisen.

Das Nano-Ohr ist in der Lage, Lautstärken von etwa -60 Dezibel (dB) zu detektieren. Es ist damit eine Millionen Mal empfindlicher als das menschliche Ohr, das bei 0 dB seine untere Hörgrenze hat. (Physical Review Letters, Januar 2012)

Die neue Methode der Münchner Physiker öffnet der Wissenschaft eine neue Welt: Erstmals können unsichtbare, schwächste Bewegungen, sprich Schallwellen, über ein einzelnes Goldnanopartikel sichtbar gemacht werden. Das Nano-Ohr entwickelten die Forscher in zwei Etappen. „Zunächst haben wir mit einer stärkeren Schallquelle gezeigt, dass die Methode grundsätzlich funktioniert“, erläutert der Gruppenleiter Andrey Lutich. „In einem zweiten Schritt konnten wir dann eine noch deutlich schwächere akustische Anregung nachweisen.“ Zentrales Element ist in beiden Fällen ein 60 Nanometer großes Goldnanopartikel, das über einen roten Laserstrahl, eine sogenannte optische Falle, in der Schwebe gehalten wird. Jedes Experiment läuft in einem Wassertropfen auf einem Objektträger ab.

Im ersten Fall dient eine Nadel als Schallquelle. Sie wird auf einen aktiven Lautsprecher geklebt und sendet Schallwellen in Richtung des Goldpartikels. Mit einem Dunkelfeld-Mikroskop mit einer aufgesetzten, herkömmlichen Digitalkamera gelang es den Wissenschaftlern, die Schwingung des Partikels optisch nachzuweisen. Die 30 Sekunden langen Filmaufnahmen zeigen deutlich, wie das Goldpartikel parallel zur Schallrichtung hin und her schwingt.

Im zweiten Fall fixierten die Physiker über das sogenannte Nanoprinting-Verfahren eine kleine Menge Goldnanopartikel auf dem Objektträger. Die Partikel werden mit einem grünen Laser angeregt, erwärmen sich und senden daraufhin sehr schwache Schallwellen in Richtung des einzelnen, schwebenden Goldnanopartikels.

Dabei beeinflussen die Schallwellen das Partikel so schwach, dass seine Auslenkung mit den gegebenen optischen Methoden nicht direkt nachweisbar ist. Mithilfe der mathematischen Fourier-Transformation zeigten die Wissenschaftler jedoch, dass im Frequenzspektrum der Bewegung des Partikels genau die Frequenz der Schallquelle deutlich verstärkt ist. Versuche bei anderen Frequenzen bestätigten diese Beobachtung und somit die hohe Empfindlichkeit des Nano-Ohrs.

„Mit dem Nano-Ohr haben wir ein Nano-Mikrofon entwickelt, mit dem wir näher als je zuvor an mikroskopisch kleine Objekte herankommen“, erklärt Alexander Ohlinger, Erstautor der Publikation. „Kleinste Bewegungen können über die Schwingungen eines Goldnanopartikels sichtbar gemacht werden.“ Auf diese Weise kann das Nano-Ohr wichtige Informationen über winzige Bewegungen von Zellen, Zellorganellen oder künstlichen mikroskopisch kleinen Objekten liefern. Und das alles ist möglich ohne teure High-End-Geräte, sondern mit gut etablierten Methoden. (NIM)

Publikation:
„Optically Trapped Gold Nanoparticle Enables Listening at the Microscale.”
Alexander Ohlinger, Andras Deak, Andrey A. Lutich, and Jochen Feldmann.
Phys. Rev. Lett. 108, 018101 (Januar 2012)
Kontakt:
Prof. Dr. Jochen Feldmann
Lehrstuhl für Photonik und Optoelektronik
Department für Physik
Ludwig-Maximilians-Universtität München
Amalienstr. 54
D-80799 München
Tel: 089-2180-3359
Mail: feldmann@lmu.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.lmu.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Erforschung von Elementarteilchen in Materialien
17.01.2017 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

nachricht Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau