Aufbau eines chemischen (IR-Nahfeld)-Nanoskops zur Beobachtung von schnellen dynamischen Prozessen in Zellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Innerhalb des Antragszeitraums wurde in Bochum ein Nanoskop im gesamten chemisch relevanten Frequenzbereich realisiert. Dies konnte durch die Integration von zwei in Bochum neu aufgebauten IR-Strahlungsquellen erreicht werden: Eines IR-OPO und eines CO Lasers. Das Ziel war die markierungsfreie Charakterisierung von biologischen Proben mit einer hohen lateralen Auflösung jenseits des Abbe Limits. Durch die Nutzung der Techniken der Nahfeldmikroskopie gelang es, ein SNIM (Scanning Near-field Infrared Microscope) zu realisieren und damit Auflösungen im nm-Bereich (30-50nm) zu erreichen. Die IR-Lasermikroskopie ermöglicht aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit quantitative Messungen innerhalb kürzester Zeit (Millisekunden). Ein weiterer Vorteil gegenüber der Nutzung von Strahlung im optischen, UV oder gar Röntgenbereich besteht darin, dass die Strahlung im IR so niederenergetisch ist, dass Strahlungsschäden, wie die Initiierung von photochemischen Reaktionen (z.B. Produktion von Radikalen) vermieden werden können. Als Strahlungsquelle dient der innerhalb des DFG Projektes entwickelte OPO Laser, der im continuous wave (cw)-Betneb bis zu 2,7 W Ausgangsleistung zwischen 2500- 4000 cm^-1 liefern kann. Innerhalb des Antragszeitraums wurde dieses chemische Nanoskop in Bochum soweit entwickelt, dass es routinemäßig auf Proben aus verschiedensten Fachbereichen, z.B. den Material- und Lebenswissenschaften angewendet werden kann. Folgende Systeme wurden mit Infrarot-Nanospektroskopie und Nano- Blldgebung erfolgreich untersucht Dotierte Halbleiter, mikrostrukturierte und nanostrukturierte selbstorganisierte Molekülmonolagen mit funktionalisierten Kopfgruppen, DNA Nano-Chips, Bilagen von Lipiden und Lipidvesikel als Beispiel für Modellmembranen. Dazu gelang es, DNA Hybridisierung bei DNA Nanochips (500 nm x 500 nm) erfolgreich zu detektieren, sowie bei den im Plasma erzeugten Nanopartikeln eindeutig zwischen Polymer- und Diamantartigen Nanopartikeln zu unterscheiden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Set-up of a scanning near field infrared microscope (SNIM); Imaging of sub-surface nanostructures in gallium-doped silicon, Phys. Chem. Chem. Phys. 8, 753 - 758 (2006)
J.-S. Samson, G. Wollny, E. Bründermann, A. Bergner, A. Hecker, G. Schwaab, A.D. Wieck, and M. Havenith
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Chemical Imaging of Microstructured Self-Assembled Monolayers with Nanometer Resolution, J. Phys. Chem. C 111, 8166-8171 (2007)
I. Kopf, J.-S. Samson, G. Wollny, Ch. Grunwald, E. Bründermann, and M. Havenith
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Nanoscale depth resolution in scanning near-field infrared microscopy. Optics Express 16, 7453 (2008)
G. Wollny, E. Bründermann, Z. Arsov, L. Quaroni, M. Havenith
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SNIM-Scanning near-field infrared microscopy Annu. Rep. Prog. Chem., Sect. C: Phys. Chem., 104, 235 (2008)
E. Bründermann, M. Havenith
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Characterization of single diamond-like and polymer-like nanoparticles by mid infrared nanospectroscopy, J. Appl. Phys. 105, 064908 (2009)
J.-S. Samso, R. Meißner, E. Bründermann, M. Böke, J. Winter, M. Havenith
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Chemical nanoscopy of cell-like membranes Proc. SPIE 7188 718801,1-9 (2009)
E. Bründermann, I. Kopf, M. Havenith
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Detection of Hybridization on Nanografted Oligonucleotides Using Scanning Near-Field Infrared Microscopy, J. Phys. Chem. C 114,1306-1311 (2010)
I. Kopf, Ch. Grunwald, E. Bründermann, L. Casalis, G. Scoles, M. Havenith
