Goldige Einblicke ins Innere von Molekülen
Neue Nanocluster aus Goldpartikeln steigern Oberflächenverstärkung bei Raman-Spektroskopie-Verfahren.
Molekulare Strukturen sichtbar machen zu können, ist der besondere Vorzug eines spektroskopischen Verfahrens – der oberflächenverstärkte Raman-Streuung („Surface Enhanced Raman Scattering, SERS“). Dabei werden Lichtsignale durch hohe Feldstärken, die an den Oberflächen von metallischen Partikeln auftreten, so verstärkt, dass sie Einblicke in den chemischen Aufbau einzelner Moleküle ermöglichen. Einer internationalen Forschungsgruppe unter Beteiligung von Nicolas Pazos Peréz und Andreas Fery an der Universität Bayreuth ist es jetzt gelungen, die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens auf neuartige Weise erheblich zu steigern.
Abb.: Nanocluster aus Goldpartikeln sind ideale Plattformen für SERS-Untersuchungen. Je mehr Goldpartikel in einem Cluster enthalten sind, desto stärker sind die elektromagnetischen Felder, die zwischen ihnen bestehen. (Bild: N. Pazos Peréz, U. Bayreuth)
Erstmalig haben sie mit hoher Präzision auf der Nanoskala wohlgeordnete Cluster hergestellt, in denen bis zu sieben kugelförmige Goldpartikel auf engstem Raum nebeneinander platziert sind. Bisher war die Forschung lediglich imstande, zwei oder drei Goldpartikel – also Dimere und Trimere – in einem Nanocluster zu vereinen. Doch ein in Bayreuth entwickeltes Syntheseverfahren machte es möglich, diese Zahl deutlich zu überschreiten.
Dabei werden kugelförmige Goldnanopartikel mit einem Durchmesser von knapp 50 Nanometern synthetisiert und durch ein Mikroemulsionsverfahren mithilfe eines Block-Copolymers angeordnet. Ein anschließender Verdampfungsprozess führt dazu, dass sich die winzigen Goldpartikel zu Clustern zusammenfügen, die eine hochgradige Symmetrie aufweisen. Diese Cluster unterscheiden sich durch die Zahl der in ihnen enthaltenen Goldpartikel, physikalisch gesprochen: durch ihre Ordnungszahl. Ein besonderes Trennverfahren, die Dichtegradientenzentrifugation, teilt die Cluster in separate Gruppen auf. Cluster mit der gleichen Zahl von Partikeln – und zwar Dimere, Trimere, die aus vier Partikeln bestehenden Tetramere und höherwertige Cluster – finden sich jeweils in einer anderen Gruppe wieder.
Die Abstände zwischen den Goldpartikeln, die ein gemeinsames Nanocluster bilden, betragen rund zwei Nanometer. Daher sind die elektromagnetischen Felder zwischen ihnen außerordentlich stark. Die symmetrische Anordnung der Partikel gewährleistet dabei eine regelmäßige Verteilung dieser Felder auf engstem Raum. Zugleich sind die Abstände immer noch groß genug, um in den Zwischenräumen winzige Moleküle zu platzieren, die auf ihre Struktur hin analysiert werden können. Insgesamt zeigen die vorgenommenen Messungen, dass Nanocluster bestehend aus fünf, sechs oder sieben Goldpartikeln ideale Plattformen für SERS-Untersuchungen sind und somit gute Voraussetzungen für viele unterschiedliche Anwendungen bieten. Die Ergebnisse sind, infolge der gesteigerten und zugleich räumlich koordinierten Feldstärken, weitaus präziser als die Ergebnisse, die mit SERS bisher erzielt werden konnten.
U. Bayreuth / PH
