Nano-Thermometer zum Aufsprühen
Metallorganische Nano-Komplexe emittieren spezifisches Lumineszenz-Spektrum nach Anregung mit UV-Licht.
Um Temperaturen genau zu messen, nutzt man zahlreiche Materialeigenschaften von der thermischen Ausdehnung, über den elektrische Widerstand bis zur Wärmestrahlung. Auch Lumineszenz-Spektren etwa von Metallen lassen sich als exakter Maßstab für Temperaturänderungen heranziehen. Dieses Prinzip nutzt nun ein neues Nanothermometer, dass Forscher an der portugiesischen Universität Aveiro entwickelt haben. Sie synthetisierten metallorganische Komplexe, die als winzige Temperatursonden über einen weiten Messbereich sehr genaue Daten liefern konnten.
Abb.: Nanothermometer unter dem SEM: Diese winzigen Partikel dienen als hoch empfindliche Temperatursonden. (Bild: Z. Wang et al., CICECO)
Das Team um Zhuopeng Wang vom Zentrum für Materialforschung an der Universität Aveiro verwendeten eine spezielle Sprühtrockung, um die lumineszierenden Nanoteilchen herzustellen. Dabei sprühten sie eine Lösung mit kleinen Anteilen an Terbium, Europium und Phenylendiessigsäure (PDA) durch eine feine Düse. Bei einer Umgebungstemperatur von 453 Kelvin konglomerierten diese Bestandteile zu den gewünschten, sphärischen Nanoteilchen, die daraufhin zwölf Stunden lang getrocknet wurden.
In weiteren Versuchen analysierten Wang und Kollegen das Lumineszenz-Verhalten dieser Nanoteilchen. Nach einer Anregung mit UV-Licht bei 365 Nanometern lenkten sie das Lumineszenzlicht der Nanoteilchen über Lichtleiter auf ein konventionelles Spektrometer. Mit diesem nahmen sie Spektren über einen weiten Temperaturbereich zwischen 10 und 325 Kelvin auf.
Abb.: Messprinzip des Nanothermometers: Nach einer Anregung mit einem UV-Laser emittieren die Nanopartikel Luminenzlicht. Eine Spektralanalyse zeigt eine sehr große Temperaturabhängigkeit. (Bild: Z. Wang et al., CICECO)
Vor allem im Wellenlängenbereich zwischen 300 und 500 Nanometern zeigten die metallorganischen Komplexe mehrere signifikante Emissionssignale, die auf strahlenden Elektronen-Übergängen von Terbium und Europium beruhten. Eine genaue Analse dieser Emissionsspektren zeigte, dass sie sich bei unterschiedlichen Temperaturen signifikant änderten. So bildeten sie die Basis für eine Messgenauigkeit von bis zu einem fünfzigstel Grad bei 25 Kelvin.
Mit dem verwendeten Sprühtrocknungsverfahren ließen sich nach Aussage der Forscher auch größere Mengen der Nanoteilchen relativ problemlos herstellen. Diese Teilchen könnten dann in unterschiedlichen Proben von Biologen, Materialforschern oder Chemikern als Sonden verteilt werden, um genaue Temperaturdaten mit einer hohen räumlichen Auflösung erhalten zu können. Wegen der geringen Größe der Teilchen gehen die Forscher davon aus, dass mit dieser Methode nahezu nichtinvasive Messungen ohne nennenswerte Verfälschungen möglich werden.
Jan Oliver Löfken
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