Selektive Erkennung durch Nanopartikel-geprägte Dünnschichten

• Antragsteller: Professor Dr. Gunther Wittstock
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389619059

Die Bestimmung der Gegenwart und des toxikologischen Potentials von künstlich hergestellten, oberflächengeschützten Nanopartikeln (NP) wird zu einem immer drängenderen Problem, da die Möglichkeiten zur Synthese von NP mit sehr interessanten funktionellen Eigenschaften die Fähigkeiten zur Vorhersage der von ihnen ausgehenden toxikologischen Gefahren bei weitem übersteigt. Es gilt gemeinhin als sicher, dass die toxikologischen Risiken nicht nur von deren Elementzusammensetzung, sondern zu einem erheblichen Anteil von ihrer Größe, Form und der chemischen Natur der sie umhüllenden Liganden bestimmt wird. Daher umfasst eine toxikologische Testung eine kostspielige und sehr große Vielzahl unterschiedlicher Verfahren einschließlich von Tierversuchen, die einer möglichen technologischen Anwendung von NP vorausgehen müssen. Es gibt zur Zeit keine einfachen und preiswerten Methoden, um das Vorliegen von NPs in Umweltproben nachzuweisen.Dieses Projekt strebt ein neues Herangehen an den selektiven Nachweis von NP in flüssigen Proben und an die Vorhersage ihrer Wechselwirkungen mit biologischen Material an, indem Nanopartikel-geprägte Matrizen (NAIM) zur Erkennung genutzt werden. Dieses Konzept wurde vom Antragstellern kürzlich erstmals anhand einer Größendiskriminierung von NP demonstriert. Eine Matrix wird in Gegenwart der NP gebildet. Nach der Freisetzung der Templat-NP können die eingeprägten Kavitäten in der Matrize selektiv Analyt-NP aufnehmen. Dieses Herangehen wird im Projekt deutlich erweitert, um zu untersuchen, wie Matrizen synthetisiert werden können, die selektiv für die Form der NP und die chemische Natur ihrer Ligandenhülle sind. Die gewählten Präparationsmethoden umfassen die Anbindung von Molekülen nach der Reduktion ihrer Aryldiazoniumsalze und die elektrochemische Abscheidung von selbstbegrenzt wachsenden isolierenden Polyphenolfilmen. Von spezieller Wichtigkeit ist die Einstellung der Schichtdicke der Matrix. Um ein Überwachsen der Templat-NP zu vermeiden, kommen in diesem Projekt isolierende Templat-NP zu Einsatz, die mit einer Ligandenhülle versehen werden, die denen der Analyt-NP gleicht. Das Herauslösen der Templat-NP erfolgt dann durch chemisches Ätzen. Nach der Ausbildung der Filme können dieses chemisch weiter funktionalisiert werden, um die Selektivität zu erhöhen und die unspezifische Anhaftung von NP zu unterdrücken.Elektrooxidation wird als der wichtigste Weg zur Detektion der NP genutzt. Die Effizienz der NP-Auflösung wird elektrochemisch, mit der Rasterelektronenmikroskopie (SEM), der Rasterkraftmikroskopie (AFM) und der röntgenangeregten Photoelektronenspektroskopie (XPS) verfolgt. Der Wiederaufnahmeprozess wird an NP-Präparationen mit unterschiedlichen Größe, Form und Ligandenhülle untersucht. Die Untersuchung von NP-Präparationen mit unterschiedlichen Partikelkernen soll es erlauben unterschiedliche NP-Präparationen nach ihrer Anbindung an die NAIM elektrochemisch und spektroskopisch zu unterscheiden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen