Tiefer Blicken mit Selten-Erden-Nanopartikeln
Unter der Leitung von apl. Prof. Dr. Michael Kumke (AG Physikalische Chemie) wird an einer anwenderorientierten Anpassung einer modularen Plattform für frequenzaufkon-vertierende Nanopartikel (UCNP) gearbeitet, bestehend aus: i) einer biokompatiblen (in Lösung oder an Oberflächen immobilisierten) UCNP als optische Transducer und ii) einer portablen Ausleseeinheit (NIR-Laserdiode, Detektion über Smartphone-und/oder Photodiode) für den mobilen Einsatz in Lebens- und Umweltwissenschaften.
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Einfluss der Nanopartikelgröße auf Plasmonen-induzierte Reaktionen
Die Forschungsarbeit von Christina Beresowski aus der Arbeitsgruppe Kolloidchemie unter der Leitung von Prof. Dr. Ilko Bald beschäftigt sich mit Plasmonen-induzierten Reaktionen, die durch die Anregung von Nanopartikeln und der damit verbundenen Erzeugung sogenannter „hot electrons“ hervorgerufen werden. Im Speziellen wird der Größeneinfluss der plasmonischen Nanopartikel auf die Reaktionskinetik erforscht. Dafür müssen die zu untersuchenden Moleküle auf der Oberfläche der Nanopartikel adsorbieren. Die funktionalisierten Nanopartikel werden im nächsten Schritt auf ein Si-Wafer aufgetropft, um dort nach anschließender Eintrocknung zu aggregieren. Zum Induzieren und gleichzeitigen Verfolgen der Reaktion wird die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) verwendet.
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Optische Fasersensoren
Das FöWiTec-geförderte Projekt der Arbeitsgruppe Funktionelle Materialien von Dr. Claudia Pacholski beschäftigt sich mit der Herstellung von maßgeschneiderten optischen Fasersensoren und untersucht sowohl deren chemische als auch optische Eigenschaften. Im Fokus der Arbeiten stehen die Ausstattung der Faserspitzen mit Nanomaterialien, wie z.B. porösem Silicium und stimuli-responsiven Polymeren. Das poröse Silicium wird dabei mittels elektro-chemischen oder metallunterstützen Ätzens erzeugt und sowohl die Porengrösse als auch die optische Antwort des Materials sind frei einstellbar. Durch Kombination des porösen Materials mit Polymeren können optische Fasersensoren passgenau für eine anvisierte Anwendung produziert werden.
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Angewandte Optische Sensorik und Spektroskopie
Die Arbeitsgruppe Angewandte Optische Sensorik und Spektroskopie unter der Leitung von apl. Prof. Michael Kumke legt den Fokus der Forschung auf Lanthanide, die als Lumineszenzsonden in den Lebens- und Umweltwissenschaften wie auch in der klinischen Diagnostik in down shifting und frequency upconversion Anwendungen genutzt werden. Da im Falle der Frequenzaufkonversion die zur Anregung benötigte elektromagnetische Strahlung im NIR-Bereich liegt und in diesem Bereich nur eine geringe Absorption durch Wasser und andere biologische Materialien stattfindet, ist das Potential für optisch-basierte Sensorik in Anwendungen der Lebens- und Umweltwissenschaften sehr groß. Ein Augenmerk liegt auf der Herstellung neuartiger Lanthanid-haltiger Nanopartikeln, deren Oberfläche mit Biomarkern modifiziert wird. Weitere laufende Forschungsvorhaben befassen sich u.a. mit bio-inspirierten Filtermaterialien zur Lanthanid-Rückgewinnung, physiko-chemischen Prozessen im Nah- und Fernfeld von Endlagern, Nanopartikel für SOEC/SOFC-Anwendungen, sowie der Ferndetektion von Lecks in Wasserstoffleitungen.
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Bildgebung und Messungen im Nanometerbereich: Rasterkraftmikroskopie und Kelvin-Sondenmikroskopie
Das Forschungsteam von Prof. Dr. Regina Hoffmann-Vogel, Professorin für Experimentalphysik der kondensierten Materie an der Universität Potsdam, hat sich zum Ziel gesetzt, die Beziehung zwischen atomaren und mesoskopischen Strukturen sowie den elektronischen Transport in Nanostrukturen zu verstehen. Für die Untersuchungen im Nanometerbereich kombiniert das Team die Rasterkraftmikroskopie und die Kelvin-Sondenmikroskopie, um Bilder und Messdaten zu generieren. Mit akademischen und industriellen Partnern in ganz Europa arbeitet die Gruppe erfolgreich zusammen.
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SensreD
Mit ihrer Expertise in Photochemie, Laser-spektroskopie, optischer Sensorik und Photophysik ist das Team der Physikalischen Chemie der Universität Potsdam in Grundlagen- und Anwendungsforschung tätig. SensreD, eine Sensorik mit funktionalisierten Lichtwellenleitern für die respiratorische Diagnostik, ist ein Beispiel für ein interdisziplinäres Projekt mit einem hohen Anwendungspotential in der medizinischen Diagnostik. Der gemeinsam mit der Professur für Sportmedizin und Sportorthopädie entwickelte optische Sensor für eine kontinuierliche Atemgasanalyse soll zum einen den Probandenkomfort einer spirometrischen Messung verbessern. Zum anderen bergen Aufbau und Sensitivität des Prototypen Potential für ein breites Anwendungsspektrum, das es in zukünftigen Forschungsprojekten zu erschließen gilt.
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Hybride Nanostrukturen
Die Forschung der Arbeitsgruppe für Hybride Nanostrukturen kombiniert unter der Leitung von Prof. Ilko Bald verschiedene Methoden aus der DNA-Nanotechnologie, der optischen Spektroskopie und der Rastersonden- mikroskopie, um physikalisch-chemische Prozesse auf der Einzelmolekülebene zu untersuchen. Ein Ziel ist die Entwicklung neuartiger Analysemethoden, die ihre Anwendung in unterschiedlichen Bereichen finden. Dazu zählt zum Beispiel die punktgenaue Diagnostik durch mit Nanomaterialien modifizierte optische Fasern. Darüber hinaus untersucht die Arbeitsgruppe durch Elektronentransfer ausgelöste chemische Prozesse auf der Oberfläche von plasmonischen Nanostrukturen und erforscht die Nukleotidsequenzabhängigkeit von DNA-Strahlenschäden sowie die Wirkungsweise von Radiosensibilisatoren, die in der Tumorbestrahlungstherapie eingesetzt werden.
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Chemische Strategien für funktionelle Nanostrukturen
Die Arbeitsgruppe von Dr. Claudia Pacholski beschäftigt sich mit der Herstellung von Nanomaterialien und untersucht sowohl deren chemische als auch optische Eigenschaften. Im Fokus der Arbeiten stehen die Präparation und Selbstorganisation von anorganischen Materialien in Kombination mit Polymeren. Es sollen neue Materialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften hergestellt werden, die später Anwendung als z.B. Sensoren finden.
Dabei bedient das Team verschiedene Methoden und Anwendungsgebiete. Beispielsweise lassen sich durch Energieeinwirkung neue Nanomaterialien bzw. Nanostrukturen erzeugen, die ungewöhnliche strukturelle, elektrische, optische oder magnetische Eigenschaften und Funktionalitäten aufweisen. Diese stellen die
Basis für die Entwicklung neuer Materialien und Sensoren dar.
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Superstrukturen mit Nanopartikeln definierter Form und Größe
Die Arbeitsgruppe von Prof. Joachim Koetz befasst sich mit der Herstellung von Nanopartikeln unterschiedlicher Form und Größe und deren Anwendung in der Sensorik und bei der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie zur Detektion von Molekülen und Reaktionsmechanismen. Dabei spielt die Abtrennung und Isolierung anisotroper Nanopartikel (Nanodreiecke und Nanosterne) und deren Oberflächenmodifizierung eine entscheidende Rolle. Des Weiteren steht neben der Selbstorganisation von Gold- und Magnetit-Nanopartikeln die Einbringung von Nanopartikeln in Janus Emulsionen im Fokus der Forschung. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Tropfengröße von stimuli-sensitiven Janus Emulsionen bzw. die Porengröße daraus resultierender Aerogele gezielt einzustellen. Die ultraleichten magnetischen Aerogele können zur Aufreinigung von Flüssigkeiten (Farbstoff- und Ölschichtabtrennung) verwendet werden.
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