Raman-AFM

• Fachliche Zuordnung: Polymerforschung
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532413737

Das beantragte Gerät ist ein leistungsfähiges und vielseitiges Instrument, das zwei wichtige Techniken zur Analyse von Materialien kombiniert: Raman-Spektroskopie und Rasterkraftmikroskopie (AFM). Die Raman-Spektroskopie verwendet einen Laser, um Moleküle in der zu untersuchenden Probe anzuregen und aus dem Streulicht die chemische Zusammensetzung der Probe zu analysieren. Das AFM hingegen erfasst die Materialeigenschaften einer Probe im Nanometerbereich, indem es eine winzige Sonde über die Oberfläche scannt. Durch die Kombination dieser beiden komplementären Techniken kann ein Raman-AFM-Gerät chemische UND topologische bzw. mechanische Informationen mit hoher räumlicher Auflösung liefern. Dies ermöglicht die Korrelation der chemischen Zusammensetzung einer Probenoberfläche mit deren Materialeigenschaften wie dem E-Modul im Nanomaßstab. Diese Fähigkeit unterscheidet die Raman-AFM Mikroskopie von anderen Mikroskopie-Techniken. Ermöglicht wird dies durch den sogenannten Tip Enhanced Raman Spectroscopy (TERS)-Modus. Dabei wird die Raman-Streuung im nanoskopischen Bereich, in dem die AFM-Spitze positioniert ist, selektiv verstärkt und somit die beugungsbedingte Auflösungsgrenze der Raman-Mikroskopie überwunden. Damit wurde beispielsweise die chemische Struktur von Nanopartikeln, Polymerblends oder verschiedene Biomoleküle bis hin zur Sequenzierung von RNA im Nanometerbereich bereits ermöglicht. Das in diesem Antrag geplante Gerät eignet sich besonders für die Analyse von Proben unter kontrollierten äußeren Bedingungen (einschließlich Flüssigkeiten), um biofunktionale und adaptive Materialien bei unterschiedlichen Stimuli zu untersuchen. Damit wird das Gerät die zukunftweisende Analyse von bioaktiven, biomimetischen und adaptiven Materialien ermöglichen, wie sie von den Hauptantragsteller*innen entwickelt werden. Im vorliegenden Antrag soll das Raman-AFM im Besonderen für die Untersuchung der molekularen Interaktion und Strukturbildung verschiedener Biomakromoleküle genutzt werden, wobei der Schwerpunkt auf selbstorganisierenden und phasentrennenden Makromolekülen, Glykosaminoglykanen, Mucinen und deren polymeren Mimetika liegt. Deren biologische Funktion ist eng mit Selbstorganisations- und Clusterprozessen verbunden, jedoch sind die zugrunde liegenden Mechanismen bislang nicht gut verstanden. Hier kann Raman-AFM neue Erkenntnisse in die nanoskopischen Prinzipien der Selbstorganisation ermöglichen, z. B. die Abhängigkeit von Ladungsmustern, hydrophob / hydrophilen Domänen sowie der molekularen Zusammensetzung der selbstorganisierten Strukturen und somit maßgeblich die Entwicklung und das Verständnis solcher Materialien vorantreiben.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Raman-AFM
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Antragstellende Institution: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
• Leiterin: Professorin Dr. Laura Hartmann