Untersuchungen zur Speicherung von Ladungsträgern in Nanopartikeln und Entwicklung von Infrarotlicht-stimulierten Markern für die Bioanalytik und Diagnostik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
SrAl2O4:Eu2+ bzw. SrAl2O4:Eu2+, Sm3+-Partikeln konnten über Verbrennungsreaktion sowie einen Sol-Gel-Prozess hergestellt werden. Bei der Verbrennungsreaktion hatte vor allem die Menge des Treibstoffs einen Einfluss auf die Phasenzusammensetzung der Proben. Heiztemperatur und -dauer spielten nur eine untergeordnete Rolle bei der Partikelbildung. Im Sol-Gel-Prozess wurden durch die Temperaturerhöhung während Durchmischung und Gelbildung sowie durch Tempern bei nur 900 °C hohe Anteile von Partikeln mit einer Größe < 100 nm erzielt. Gleichzeitig stieg der Anteil der Sr-reichen Sr3Al2O6-Phase in den zugehörigen Diffraktogrammen. In Proben mit höherer Intensität der Reflexe der SrAl2O4-Phasen wurde eine starke Aggregation der Partikel beobachtet, die zu Teilchen > 200 nm führte. Die gewünschte Darstellung von NP mit SrAl2O4-Struktur und Abmessungen < 100 nm in enger Größenverteilung erwies sich sowohl durch Verbrennungsreaktion als auch Sol-Gel-Synthese als schwierig. Ursache war die Aggregation als Auswirkung der Temperaturbehandlung, die für die Bildung der SrAl2O4-Phase notwendig ist. In diesem Fall wurde eine von der Teilchengröße abhängige Phasenformation vermutet. Alternative erfolgversprechende Syntheseprozesse wie beispielsweise der Flammensprühpyrolyse konnten im Rahmen dieses Projektes nicht durchgeführt werden. Grundlagen zur Erzeugung von PSL-Markern, die Photoenergie speichern und nach mehreren Minuten oder Stunden diese Energie in Form eines Lichtimpulses nach einer Stimulation in rotem oder Infrarotem spektralen Bereich abgeben, sind erarbeitet. Außer neuer Erkenntnisse zur Speicherung von Ladungsträgern in nanoskaligen SiO2/Zn2SiO4:Mn2+ und SrAl2O4:Eu2+,Sm3+ sind praxisrelevante Ergebnisse erreicht und zur Patentierung angemeldet, die eine zeitnahe Entwicklung eines neues Produkts für die Biologie und Medizin ermöglichen. Vorschläge zur Kooperation aus der Medizin und die kurz beschriebenen Ergebnisse dieses Projektes sowie erzielte Ergebnisse zu anderen Zusammensetzungen wie z. B. co-dotierten Ba3MgSi2O8:Eu2+, MgSiO3, ZnMgSi2O6 und Ca2MgSi2O7 sind derzeit eine Grundlage zum Zusammenbringen eines Europäischen Konsortiums zur Weiterentwicklung von IR- stimulierten Markern, die auch ihre Emission im rotem Spektralbereich, also im biologischen „Fenster", aufweisen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Luminescent Silicate Core-Shell Nanoparticles: Synthesis, Functionalization, Optical and Structural Properties. J. Colloid Interface Sci. 358 (2011) 32-38
S. Dembski, S. Rupp, C. Gellermann, M. Batentschuk, A. Osvet, A. Winnacker
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Synthesis and optical properties of luminescent core-shell structured silicate and phosphate nanoparticles. Opt. Mater. 33 (2011) 1106-10
S. Dembski, S. Rupp, M. Milde, C. Gellermann, M. Dyrba, S. Schweizer, M. Batentschuk, A. Osvet, A. Winnacker
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Excitation and luminescence spectroscopy of Zn2SiO4:Mn,RE3+ and nanocrystalline SiO2/ Zn2SiO4:Mn phosphors, DESY Report 2012, Hamburg
A.Osvet, M. Batentschuk, A. Winnacker, Yu. Zorenko, S. Dembski, M. Milde, C. Gellermann
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Photoluminescent and storage properties of photostimulable core/shell type silicate nanoparticles. Physica Status Solidi (C) Current Topics in Solid State Physics 10 (2) (2013) 180-184
Osvet, A., Batentschuk, M., Milde, M., Lundt, N., Gellermann, C., Dembski, S., Winnacker, A., Brabec, C.J.
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Polymer-assisted sol-gel process for the preparation of photostimulable core/shell structured SiO2/Zn2SiO4:Mn2+ particles. Materials Chemistry and Physics
Volume 148, Issue 3, 15 December 2014, Pages 1055-1063
Moritz Milde, Sofia Dembski, Andre Osvet, Miroslaw Batentschuk, Albrecht Winnacker, Gerhard Sextl
