Ortsaufgelöste Analyse photoelektrochemischer Reaktionen mit QuantumDot basierten Elektroden

• Antragsteller: Professor Dr. Fred Lisdat; Professor Dr. Wolfgang Parak; Professor Dr. Gregor Witte
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231443326

Ziel dieses Verbundprojektes ist die Herstellung neuer photobioelektrochemischer Nachweiselektroden und ihre eingehende Charakterisierung. Hierfür soll die Kopplung von Quantum Dots (QDs) und Elektroden sowie spezifische Enzymreaktionen an den QDs genutzt werden. Dabei ist geplant, alle Teilkomponenten hinsichtlich ihrer Einsatzcharakteristika in einem multiplen Sensorformat zu untersuchen. Dies beginnt mit den eingesetzten Nanopartikeln. Hier sollen neben den Quantum Dots auch Hybridpartikel hergestellt werden, um damit die Nachweisempfindlichkeit für bestimmte Stoffe gezielt zu steuern. Weiterhin wird die Grenzfläche QD Elektrode näher untersucht und verschiedene Elektrodenaufbauten bis hin zum Einsatz von Hybridmultischichten aus Halbleiternanokristallen betrachtet werden. Ein wesentlicher Fokus besteht in der definierten Immobilisierung verschiedener Enzyme mit hoher Aktivität und räumlicher Auflösung auf einer QD Elektrode. Die Eigenschaften solcher biohybrider Systeme soll hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in analytischen Sensoren untersucht werden. Ein Aspekt ist hierbei auch die Einbettung zusätzlicher Metallpartikel in die Enzymschicht, um die Temperatur gezielt durch Bestrahlung (plasmonische Heizung) zu verändern. Dies soll zu verbesserten Signalen an der QD Elektrode führen. Neben Systemen, die auf dem Verbrauch von Sauerstoff bzw. der Generierung von Wasserstoffperoxid durch die immobilisierten Enzyme beruhen, soll auch die direkte Kopplung von Ladungsträgergenerierung in den QDs mit Redoxreaktionen in den Enzymen untersucht werden. Hierzu soll ein verbessertes Grenzflächendesign auf Basis von Polymeren entwickelt werden. Letztendlich ist geplant ein multiples Sensorsystem aufzubauen, bei dem auf einer Arbeitselektrode, die mit QDs beschichtet ist, verschiedene Enzyme räumlich separiert fixiert sind. Die Substratumwandlung an den Enzymen soll mit Hilfe eines Lichtstrahls einzeln ausgelesen werden können. Damit wird eine parallele Analyse mehrerer Analyten möglich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Photoelektrochemische Arbeitsstation
• Gerätegruppe: 1490 Sonstige Geräte der Elektrochemie (außer 140-147)