Stromlose Abscheidung funktioneller plasmonischer Gold- und Silberfilme

• Antragsteller: Dr. Falk Münch
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328220774

Metallische Nanopartikel weisen einzigartige optische Eigenschaften auf. So lassen sich durch Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung aus dem sichtbaren oder nah-infraroten Wellenlängenbereich lokalisierte Oberflächenplasmonen anregen. Die Resonanzbedingungen dieser Plasmonen hängen stark von der lokalen chemischen Umgebung der Nanopartikel ab. So kann der Brechungsindex des ein Nanopartikel umgebenden Mediums durch Adsorption von Molekülen verändert werden, was die optische Detektion solcher Prozesse ermöglicht. Auf diesem Prinzip aufbauend können optische Sensoren hergestellt werden, mit denen Biomoleküle schnell, selektiv und in Spurenmengen nachgewiesen werden können. Dementsprechend sind plasmonische Sensorelemente vielversprechend für die Entwicklung neuer, leistungsstarker Biosensoren und den Einsatz in der medizinischen Diagnostik.Kernanliegen dieses Antrags ist es, das Potential der stromlosen Metallabscheidung zur Herstellung von Gold- und Silber-Nanopartikelfilmen für den Einsatz in der optischen Biosensorik zu demonstrieren. Es besteht ein ausgeprägter Bedarf an unkomplizierten und vielseitigen Synthesemethoden für plasmonische Nanopartikelfilme, und stromlose Abscheidungen stellen einen aussichtsreichen nasschemischen Zugang zu solchen Strukturen dar: Diese Reaktionen sind einfach durchführbar, gut skalierbar, können auf unterschiedliche Materialien und Substratformen angewandt werden und erlauben eine passgenaue Einstellung der funktionellen Eigenschaften der erzeugten Metallfilme.Traditionell werden solche Reaktionen zur Erzeugung geschlossener Dünnfilme genutzt. Im Rahmen dieses Projekts sollen stromlose Silber- und Gold-Abscheidungen für die Herstellung wohldefinierter nanopartikulärer Beschichtungen entwickelt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine wechselseitige Optimierung der beteiligten Bekeimungs- und Abscheidungsreaktionen vorgenommen. Basierend auf einer systematischen Analyse relevanter Reaktionsparameter werden Strategien vorgeschlagen, mit denen die Dichte, Größe und Form der erhaltenen Nanopartikel eingestellt werden können. Neben ex-situ-Messungen zur Bestimmung der Morphologie und Zusammensetzung der Produkte werden spektroskopische in-situ-Messungen genutzt, um die Entwicklung der Plasmonresonanz im Verlauf des Filmwachstums zu verfolgen. Aufbauend auf diese Messungen wird die Entwicklung der Nanopartikelstruktur mit der ihrer optischen Eigenschaften verknüpft. Die so erhaltenen Korrelationen werden eingesetzt, um echtzeitkontrollierte Abscheidungsprozesse für die Herstellung funktioneller Nanopartikelfilme für die plasmonische Biosensorik zu entwerfen. Schließlich werden ausgewählte Produkte mit Rezeptormolekülen modifiziert, um die selektive Bindung von biologischen Analyten entsprechend des Schlüssel-Schloss-Prinzips zu ermöglichen. Diese Wechselwirkung wird genutzt, um die Leistungsfähigkeit optimierter Nanopartikelfilme in der Biosensorik zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Israel
• Gastgeber: Professor Dr. Israel Rubinstein