Entwicklung und atomare und elektronische Strukturcharakterisierung von funktionellen Sn/SnOx-Oberflächen für die SERS-basierte Analyse falsch gefalteter Proteine

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Tanja Deckert-Gaudig; Dr. Vladimir Sivakov
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448666227

Die inhärenten Vorteile von nanostrukturierten Materialien kann durch die Kombination zweier Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften verbessert werden. Im Rahmen des vorgeschlagenen bilateralen Forschungsprojekts GER-RUS werden wir Nanokomposite auf Zinn(Sn)-Basis entwickeln. Die funktionale auf Sn-Basis Nanostrukturen, die in eine SiNWs-Matrix eingebettet sind, haben einige Vorteile und bieten aufgrund ihrer chemischen und mechanischen Stabilität, ihrer kostengünstigen Herstellung und verbesserten optischen und katalytischen Eigenschaften, attraktive Möglichkeiten. In diesem Zusammenhang wird der angestrebte wissenschaftliche Durchbruch des vorgeschlagenen Projekts das kontrollierte Wachstum von Sn-basierten dünnen Schichten auf nanostrukturierten Silizium- und Quarzoberflächen für die biophotonische Anwendungen sein. Bisher wurden der lokale Verstärkungsfaktor des elektrischen Feldes der plasmonischen Nanostrukturen und die Oberflächenstabilität von Sn/SnOx-Oberflächen, die durch chemische oder physikalische Aufdampftechniken erzeugt werden, noch nicht untersucht. Aus diesem Grund sind die Langzeitstabilität und die Charakterisierung der Oberflächenzusammensetzung von großer Bedeutung ist. Zur Erzeugung Sn-basierter Oberflächen wird die Gasphasenabscheidung unter Verwendung von Zinn(II)- und Zinn(IV)-Alkoxidpräkursoren und metallischem Zinn-Magnetron-Sputtern angewendet. Die Ergebnisse werden durch die theoretische Modellierung der Wachstumsprozesse und der plasmonischen Eigenschaften ergänzt. Auf diese Weise kann ein optimiertes Verfahren für Sn/SnOx nanostrukturierte Oberflächen entwickelt und etabliert werden. Eine genaue und detaillierte Analyse der atomaren und elektronischen Struktur sowie des physikalisch-chemischen Zustandes der gebildeten Strukturen, wird unter Verwendung der folgende oberflächenempfindlichen analytischen Methoden erreicht werden: XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure), XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) and PEEM (Photo Emission Electron Microscopy) unter Verwendung von Großgeräten am BESSY II und am Nationalen Forschungszentrum "Kurchatov-Institut". Zusätzlich wird die USXES (Ultrasoft X-ray emission spectroscopy) angewendet, um die Silizium Matrizen mit einer einzigartigen zerstörungsfreien Tiefenprofilierung zu charakterisieren. Alle Methoden werden in oberflächen- und bulk-empfindlichen Modi eingesetzt und durch Computermodellierung und elektronischen Struktur-ab-initio-Berechnungen der wichtigsten möglichen Phasen ergänzt. In dem vorgeschlagenen bilateralen Forschungsprojekt wird die plasmonische Aktivität von Sn/SnOx-Substraten in oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie-Experimenten (SERS) an proteinverwandten Verbindungen eingesetzt. Unter Verwendung von Anregungslaser-Wellenlängen im sichtbaren bis hinunter zum tiefen UV-Spektralbereich, werden die erzielten spektroskopischen Daten neue Einblicke in die molekularen Strukturen von Amyloidfibrillen und deren Vorläufer liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sergey Turishchev, bis 3/2022