Größenabhängige Fluoreszenz – und Ramananalyse von Nanopartikeln in einer neuartigen analytischen Ultrazentrifuge
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Kenntnis von Größe, Dichte, Form und optischen Eigenschaften von Nanopartikeln ist von entscheidender Bedeutung, da die Produkteigenschaften über Struktur-Eigenschafts-Beziehungen direkt miteinander korreliert sind. Die gekoppelte Analyse dieser Partikeleigenschaften stellt jedoch immer noch eine große messtechnische Herausforderung dar. In diesem Projekt wurde daher ein neuartiger Multiwellenlängen-Emissionsdetektor für die analytische Ultrazentrifuge (MWE-AUZ) entwickelt, der die Messung der größen- oder zusammensetzungsabhängigen Fluoreszenzeigenschaften von Nanopartikeln und Makromolekülen direkt in Lösung und ohne weitere Aufreinigung oder zeitaufwändige Probenvorbereitung ermöglicht. Der weltweit einzigartige Aufbau zeichnet sich durch ein innovatives Detektordesign aus, der eine hervorragende spektrale Auflösung, hohe Flexibilität sowie eine sehr gute Qualität der erfassten Daten bietet. Die Anregung durch einen 520 nm Laser wird durch einen 405 nm Laser ergänzt, der in wenigen Minuten gewechselt werden kann. Ein externer Spektrograph mit drei wählbaren und durchstimmbaren Gittern ermöglicht die Optimierung der spektralen Auflösung in einem Größenordnungsbereich von 0.14 nm bis 2.0 nm. Das entwickelte System bietet ein geringes Maß an systematischem Signalrauschen und ermöglicht die Bewertung und Kontrolle von inneren Filtereffekten, ein wichtiger Aspekt bei der Untersuchung konzentrierter Proben. Ein großer dynamischer Signalbereich ermöglicht die Analyse von Proben in einem breiten Konzentrationsbereich von mindestens fünf Größenordnungen. Unser System wurde anhand zwei biologischer Systeme, fluoreszierendes BSA (Bovines Serumalbumin) und GFP (Green Fluorescent Protein), validiert, wobei zum Vergleich die kommerzielle Optima AUC mit Absorptionsdetektion und unser eigens gebautes Mehrwellenlängen-Absorptionsdetektionssystem (MWL-AUZ) herangezogen wurden. Die Möglichkeiten der MWE-AUZ bezüglich der Multiwellenlängencharakterisierung wurden durch Studien an Gold-Nanoclustern, die je nach ihrer Struktur eine spezifische Fluoreszenz aufweisen, und CdSe/CdS-Quantenpunkten, bei denen größen- und strukturabhängige Verschiebungen ihrer Fluoreszenzspektren analysiert werden konnten, demonstriert. Insgesamt stellt dieses Projekt einen wichtigen Schritt für die eingehende Untersuchung der größen-, form- und zusammensetzungsabhängigen Multiwellenlängen-Emissionseigenschaften von Kolloiden dar, da die einzigartige Kombination aus Fluoreszenzdetektion und hydrodynamischer Charakterisierung durch Sedimentation einen direkten Zugang zu Struktur-Eigenschafts-Beziehungen bietet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A multiwavelength emission detector for analytical ultracentrifugation. Nanoscale Advances, 1(11), 4422-4432.
Wawra, Simon E.; Onishchukov, Georgy; Maranska, Maria; Eigler, Siegfried; Walter, Johannes & Peukert, Wolfgang
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Optical and Hydrodynamic Characterization of Nanoparticles Via Analytical Ultracentrifugation. Dissertation, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 2022.
Simon Wawra
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Development of an advanced multiwavelength emission detector for the analytical ultracentrifuge [Data set]. Zenodo
Vanessa Lautenbach, Georgy Onishchukov, Simon E. Wawra, Uwe Frank, Lukas Hartmann, Wolfgang Peukert & Johannes Walter
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Development of an advanced multiwavelength emission detector for the analytical ultracentrifuge. Nanoscale Advances, 6(10), 2611-2622.
Lautenbach, Vanessa; Onishchukov, Georgy; Wawra, Simon E.; Frank, Uwe; Hartmann, Lukas; Peukert, Wolfgang & Walter, Johannes
