Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

In Reih und Glied stehen macht empfindlich

22.12.2011
Eine dünne Schicht streng geordneter Moleküle ist erforderlich, um kleinste Halbleiterpartikel so auf einer Goldunterlage zu verankern, dass ein elektrochemischer Sensor entsteht. Das berichten Physiker der Philipps-Universität in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „ACS Nano“, die am 27. Dezember 2011 erscheint. Sie zeigen außerdem, dass der Sensor chemische Substanzen zu detektieren vermag.

Halbleiterpartikel mit einer Größe von nur wenigen Nanometern weisen eine Reihe physikalischer Besonderheiten auf; zum Beispiel hängt die Farbe von der Größe der Nanopartikel ab. Bei Beleuchtung solcher Partikel entsteht ein elektrischer Strom. Möchte man diesen Photostrom messen, so ist die Schwierigkeit zu überwinden, die Nanopartikel einerseits elektrisch leitend mit einer Metallelektrode zu verbinden, andererseits aber den direkten Kontakt der Partikel mit dem Substrat zu verhindern, da dies die Photoaktivität stark reduzieren würde.


Schematischer Aufbau des lichtempfindlichen Sensors zum Nachweis von Wasserstoffperoxyd (H2O2): Eine Schicht gleichförmiger, leitfähiger Moleküle (SAM) verankert die lichtempfindlichen und katalytisch wirksamen Nanopartikel (NP) auf der Goldunterlage (Au). (Abbildung: Philipps-Universität / AG Witte)

Die Marburger Forscher um die Professoren Dr. Gregor Witte und Dr. Wolfgang Parak konnten dieses Problem nunmehr lösen, indem sie Nanopartikel gezielt mit Hilfe einer Art „molekularer Drähte“ an einer Goldelektrode verankerten. Dazu verwendeten die Wissenschaftler extrem glatte Goldoberflächen, die sie mit einer Lage leitfähiger Moleküle beschichteten. Die Moleküle lagern sich selbständig aneinander und erlauben eine Verankerung sowohl am Goldsubstrat als auch an den Nanopartikeln.

Wittes Team untersuchte, welche Ordnung diese molekulare Zwischenschicht aufweist, und identifizierte die Gründe, die für das bisherige Scheitern dieses Ansatzes verantwortlich sind: „Frühere Versuche resultierten in recht ungeordneten Molekülfilmen, bei denen die Moleküle – ähnlich den Getreidehalmen nach einem Sturm – nicht mehr aufrecht stehen, sondern eher liegen“, erläutert Witte. Hierdurch sei die Schutzfunktion durch einen dicht gepackten Film nicht mehr gegeben; außerdem bestehe die Gefahr, dass die molekularen Ankerstellen zum Goldsubstrat oxidieren.

„Als Folge ist sowohl die Verbindung mit den Nanopartikeln als auch der Stromfluss durch den oxidierten Film stark verringert“, führt Witte aus. Durch Optimierung der Herstellungsparameter gelang es den Marburger Forschern, streng geordnete Molekülschichten mit hoher Leitfähigkeit zu präparieren. Dadurch konnte nicht nur der Photostrom deutlich verbessert werden, sondern auch die Ankopplung der Nanopartikel und damit die Langzeitstabilität des lichtgesteuerten Sensors.

In einem weiteren Schritt gelang es Wolfgang Parak und seinen Mitarbeitern, durch geschickte Synthese die Halbleiterpartikel auch mit einem Nano-Katalysator zu verbinden, so dass sich bestimmte Moleküle gezielt umwandeln lassen. Dadurch entsteht ein Strom auf der Goldelektrode, der proportional zur Konzentration des detektierten chemischen Stoffes ist. Diese Funktionsweise konnte am Beispiel von Wasserstoffperoxyd nachgewiesen werden, einem Nebenprodukt vieler physiologischer Prozesse. „Damit ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Realisierung von empfindlichen Sensoren gelungen, die in Zukunft auf einem Chip integriert werden können“, erklären die Autoren.

Originalveröffentlichung: W. Khalid & al.: Immobilization of Quantum Dots via Conjugated Self-Assembled Monolayers and Their Application as a Light-Controlled Sensor for the Detection of Hydrogen Peroxide, ACS Nano 5 (2011), DOI: 10.1021/nn2035582

Weitere Informationen:
Professor Dr. Gregor Witte,
AG Molekulare Festkörperphysik
Tel.: 06421 28-21384
E-Mail: gregor.witte@physik.uni-marburg.de

Johannes Scholten | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-marburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau
17.11.2017 | Universität Ulm

nachricht Zwei verdächtigte Sterne unschuldig an mysteriösem Antiteilchen-Überschuss
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

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: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte