Entwicklung einer Strategie zur optischen Detektion von Anionen in Wasser mithilfe von oberflächenmodifizierten Goldnanopartikeln

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Kubik
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 295512207

In diesem Forschungsvorhaben wird eine Strategie zur optische Detektion anorganischer Anionen in Wasser verfolgt, die auf der Immobilisierung bekannter Anionenrezeptoren auf der Oberfläche von wasserlöslichen Goldnanopartikeln beruht. In Abwesenheit der entsprechenden Analyte sollen diese Nanopartikel in Lösung in nicht-aggregierter Form vorliegen und aufgrund ihrer Größe eine Plasmonenresonanz aufweisen, welche der Lösung eine charakteristische Farbe verleiht. In Gegenwart geeigneter anorganischer Anionen soll es zu einer Farbveränderung der Lösung kommen, die auf eine Nanopartikelaggregation zurückzuführen ist. Diese Aggregation soll auf spezifische Wechselwirkungen zwischen den Rezeptoren auf der Oberfläche der Nanopartikel und ihren anionischen Substraten beruhen. Vorteile solcher Systeme sind die zu erwartende Nachweisempfindlichkeit als Konsequenz der multivalenten Wechselwirkungen, welche der Aggregation zugrunde liegenden, sowie die Nachweisselektivität, die durch die Art der oberflächengebundenen Rezeptoren kontrolliert werden kann. Als Anionenrezeptoren werden die in der eigenen Gruppe entwickelten anionenbindenden Cyclopeptide berücksichtig und eine Reihe weiterer beschriebener Rezeptortypen. Die Arbeiten zielen vornehmlich auf die Detektion typischer anionischer Bestandteile von Grund- oder Trinkwasser ab, z.B. von Sulfat-, Phosphat- und Chloridionen. Außerdem wird das toxische Arsenat als Analyt berücksichtigt. Systematische Untersuchungen, währenddessen die Zusammensetzung der Nanopartikeloberfläche sowie die Art der oberflächengebundenen Rezeptoren systematisch variiert werden, sollen zeigen, ob auf Basis dieses Konzepts Anionen in Wasser in relevanten Konzentrationen nachgewiesen können und das selektiv in Gegenwart potentiell störender Begleitstoffe. Auf diese Weise soll am Ende des Vorhabens abgeschätzt werden können, ob praktische Einsatzmöglichkeiten für solche Detektionssysteme realisierbar sind, z.B. zum schnellen qualitativen Nachweis von Arsenat in Trinkwasser.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Kooperationspartner: Professor Dr. Aldrik H. Velders