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 Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin
23.01.2017 | Ferdinand-Braun-Institut Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik

nachricht Einblicke ins Atom
23.01.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: 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...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mikro-U-Boote für den Magen

24.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Echoortung - Lernen, den Raum zu hören

24.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

RWI/ISL-Containerumschlag-Index beendet das Jahr 2016 mit Rekordwert

24.01.2017 | Wirtschaft Finanzen