Inline SERS-Charakterisierung in mikrofluidischen Reaktionssystemen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Janina Kneipp
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251124697

Die Verwendung von SERS in mikrofluidischen Strukturen bedeutet eine Empfindlichkeits-steigerung beim Nachweis von Molekülen, die an chemischen Reaktionen und Prozessen beteiligt sind. Damit wird eine Verfolgung von Reaktionsverläufen möglich. Neben der Identifizierung und Quantifizierung von Reaktanten lässt sich mit SERS-Sensoren eine genaue Charakterisierung der Reaktionsbedingungen in Mikroumgebungen (z. B. pH, Temperatur) erreichen. Im vor-geschlagenen Projekt soll die oberflächenverstärkte Ramanstreuung (surface-enhanced Raman scattering, SERS) weiterentwickelt werden, um in mikrofluidischen Strukturen Reaktionsverläufe inline zu beobachten und zu kontrollieren. Um dies zu erreichen, sollen Multifunktionalitäten von SERS-aktiven Nanostrukturen gezielt erzeugt und ausgenutzt werden. Neben der Funktion als SERS-Substrat werden plasmonische Nanopartikel aus Gold und Silber eingesetzt, um den Einfluss der plasmonischen Anregung auf photokatalyische Reaktionen zu untersuchen und um lokal Temperaturerhöhungen hervorzurufen. Die neu entwickelten methodischen Konzepte sollen anhand von zwei Anwendungsbeispielen geprüft werden. Dies sind (i) die Charakterisierung einer bekannten plasmonengestützten katalytischen Reaktion und (ii) die Beobachtung des Abbaus von Artesunat, einem Derivat des Antimalaria-Wirkstoffes Artemisinin. Die Möglichkeiten der Variation von Zusammensetzungen auf der Mikroskala und die Beobachtung der ausgewählten Reaktionen im Zeitverlauf mit SERS werden erst durch die Durchführung und Kontrolle dieser Experimente im mikrofluidischen System möglich. Darüber hinaus führt die Verwendung von SERS neben der empfindlichen Detektion zu einer inline schwingungsspektroskopischen Strukturaufklärung. Damit besitzt das Projekt neben einem hohen methodischen Innovationsgehalt das Potenzial, neue inhaltliche Erkenntnisse zu den untersuchten plasmonen- bzw. nanostrukturgestützten Prozessen zu liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2177: Integrierte chemische Mikrolaboratorien (In-CheM)
• Mitverantwortliche: Kerry Gilmore, Ph.D.; Professor Dr. Peter H. Seeberger