Entwicklung neuartiger funktioneller laser-induzierter Kohlenstoffnanofasern für miniaturisierte elektrochemische Biosensoren

• Antragstellerin: Nongnoot Wongkaew, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457100614

Die steigende Nachfrage für sogenannte Point-of-need Geräte (PONs) in den Bereichen klinische Diagnostik, Lebensmittelsicherheit und Umweltüberwachung motivierte das hier vorgeschlagene Forschungsprojekt, in dessen Verlauf robuste und effiziente Strategien für die Miniaturisierung und Integration funktioneller Kohlenstoffnanomaterialien in elektroanalytische Geräte untersucht werden. Als erwünschte Eigenschaften sind zu nennen: hohe analytische Leistungsfähigkeit, geringe Materialkosten sowie die Eignung zur Massenproduktion. Die Methode des Elektrospinnens kombiniert mit laser-induzierter Karbonisierung / Funktionalisierung ist deswegen interessant, weil sie die Herstellung einer Vielzahl verschiedenartiger dreidimensionaler Kohlenstoffnanofasern erlaubt, welche anschließend in elektrochemischen Geräten genutzt werden können. Während spezifisch Elektrospinnen es ermöglicht, gewünschte Zusatzstoffe feinverteilt in Nanofasern zu integrieren, werden die Fasern im Anschluss durch die Laserbehandlung zu Signalüberträgern mit hervorragenden Eigenschaften. Es können beliebige Muster verarbeitet werden, ohne dass ein Materialtransferschritt nötig wird, und der Prozess ist sogar im Rolle-zu-Rolle Verfahren denkbar. In vorhergehenden Arbeiten konnte gezeigt werden, dass laser-induzierte Nanofasern (LCNF) sich außerordentlich gut für elektroanalytische Anwendungen eignen [Nanoscale, 2019,11, 3674-3680]. Anschließend konnten wir LCNFs mit integrierten Nickel Nanopartikeln herstellen, die enzymfreie Umsetzungen für elektrochemische Messungen erlauben [ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.0c08926]. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, 1) weitere Arten von Funktionsträgern in LCNFs zu integrieren, z.B. bimetallische Nanokatalysatoren, Heteroatome und biologische Rezeptoren; 2) effiziente Strategien zur Einbettung von (bio)funktionalen LCNFs in PON-basierte elektrochemische (Bio)Sensoren zu finden; 3) die elektroanalytische Leistungsfähigkeit von (bio)funktionellen LCNFs in Körperflüssigkeiten zu untersuchen. Die Erkenntnisse und Entwicklungen aus diesem Projekt werden als belastbare Plattform dienen, nicht nur für Prototyping, sondern besonders auch für die Massenherstellung, welche schließlich den Einzug von PON-Geräten in tagtägliche praktische Anwendungen ermöglichen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen