Oberflächenverstärkte femtosekunden stimulierte Raman-Spektroskopie zur Detektion von Spurenstoffen in Gemischen

• Antragsteller: Dr. Daniel Dietze
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Analytische Chemie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247069770

Die frühzeitige Diagnose ist einer der wichtigsten Schritte zu einer erfolgreiche Behandlung von Krankheiten wie Krebs. Aus diesem Grund gibt es ein steigendes Interesse an der Identifizierung und Detektion von potentiellen Biomarkern, die Aufschluss über den Gesundheitszustand eines Patienten geben können. Hierzu werden häufig optische Methoden wie Infrarotabsorption oder Raman-Spektroskopie verwendet. Das Hauptproblem ist dabei die zuverlässige Detektion von geringsten Mengen an Biomarkern und die eindeutige Zuordnung von spektralen Linien zu bestimmten Substanzen. Während ersteres durch die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) ermöglicht wird, ist das zweite Problem besonders schwierig zu lösen, da Blut- und Speichelproben typischerweise mehrere Tausend verschiedene Moleküle mit überlappenden Ramanspektren beinhalten.Ziel dieses Projektes ist es, die Möglichkeiten einer Kombination aus oberflächenverstärkter und Femtosekunden Stimulierter Raman-Spektroskopie (FSRS) für die Detektion von Biomarkern auszuloten. Durch die stimulierten Natur des nichtlinearen Streuprozesses sollte in diesem Fall die Oberflächenverstärkung im Vergleich zu SERS um mehrere Größenordnungen erhöht werden können. Dies führt zu einer dramatischen Erhöhung der Sensitivität. Desweiteren ermöglicht die unübertroffene Zeitauflösung der FSRS (< 100fs) die Unterscheidung von Molekülen mit ansonsten ähnlichen Ramanspektren basierend auf der Idee, dass unterschiedliche Moleküle in unterschiedlicher Weise auf optische Anregungen, wie z.B. impulsive Raman-Streuung, reagieren.Neben dem praktischen Aspekt eröffnet die oberflächenverstärkte FSRS auch die Tür zur Beobachtung der Dynamik chemischer Reaktionen auf Ebene einzelner Moleküle. Dies wird einen starken Einfluss auf das Studium katalytischer Reaktionen auf Oberflächen und an Nanostrukturen haben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Richard A. Mathies