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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Antimikrobielle Bottle Brush Copolymere

Die Entwicklung von Antibiotikaresistenzen in Bakterien ist ein zunehmendes Problem unserer Gesellschaft, wodurch die Entwicklung von wirksamen Alternativen immer wichtiger wird. Ein möglicher Lösungsansatz sind antimikrobielle Polymere. Das Hauptaugenmerk unserer Forschung liegt dabei auf der Synthese und Analyse antimikrobieller Bottle Brush Copolymere. Es konnte gezeigt werden, dass Bottle Brush Copolymere, verglichen mit linearen Ketten, höhere antimikrobielle Aktivitäten und geringere Toxizität gegenüber roten Blutzellen aufweisen, was zu einer verbesserten Biokompatibilität führt. Dabei sind antimikrobielle Copolymere nicht nur effektiv gegenüber normalen Bakterien, sondern können auch antibiotikaresistente Bakterien am Wachstum hindern. Um noch schneller und einfacher komplexe makromolekulare Architekturen zugänglich zu machen, werden in unserer Gruppe (Arbeitsgruppe Polymere Biomaterialien von Dr. Matthias Hartlieb) auf Grundlage der Photoiniferter-RAFT-Poly-merisation neue Polymerisationstechniken entwickelt.

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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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Modifikationen von Kaffeesatz als Adsorbens zur Wasserfiltration

Wasser wird zu einer sehr wertvollen Ressource. Wirtschaftlich tragfähige und effiziente Methoden zur Erzeugung von sauberem Wasser für die wachsende Weltbevölke-rung gewinnen daher immer mehr an Bedeutung. Eine mögliche Aufberei-tung zur Reinwasserpro-duktion ist die Entfernung von Schadstoffen durch Adsorption. Obwohl ziemlich teuer, wird dafür häufig Aktivkohle (AC) verwendet. Kaffeesatz (SC) ist hingegen ein reichlich vorhandener und billiger Rohstoff, der täglich weltweit in großen Mengen entsorgt wird und bereits für die Entfernung von z.B. Schwermetallen, Farbstoffen oder organischen Säuren bekannt ist [1-3].

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Ungeordnete Halbleiter

Die Forschungsgruppe "Optoelektronik ungeordneter Halbleiter" von Prof. Dr. Safa Shoaee ist daran interessiert, kostengünstige, großflächige und umweltfreundliche Photovoltaiktechnologien zu verstehen und zu entwickeln. Daher untersucht das Team ungeordnete kohlenstoffbasierte Halbleiter, insbesondere organische Halbleiter, um herauszufinden, wie diese Materialien elektrisch und optisch funktionieren und welche ihrer Eigenschaften beeinflussen, wie effizient sie Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln.

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Kristallisation & Röntgenstrukturanalyse

Dr. Eric Sperlich leitet am Institut für Chemie der Universität Potsdam die Servicegruppe Röntgenkristallographie. Gemeinsam mit seinem Team übernimmt er die Kristallisation von Substanzen, die Strukturanalyse von Einkristallen mittels Röntgenkristallographie und die anschließende Auswertung. Gemeinsam mit Forschenden hat er bereits über 50 neue Kristallstrukturen veröffentlicht.

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Oberflächensensitive Filtration von Mikropartikeln

Unter der Projektleitung von Dr. Marek Bekir wird eine neue Technologie zur Chromatographie entwickelt, die für Partikel im Mikrometerbereich geeignet ist. Für dieses Verfahren wird ein lichtschaltbares Tensid verwendet. Je nach Material- und Oberflächenmorphologie (Rauheit, Porosität) der Partikel wird unterschiedlich viel Tensid absorbiert.

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Neuartige Elektrolytmaterialien für Brennstoffzellen

Alyna Langes Forschung in der Gruppe von Prof. Andreas Taubert basiert hauptsächlich auf der Synthese, den Eigenschaften und der Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILs) und deren Derivaten für die Anwendung als Elektrolyte. ILs sind Salze, die wie unser Speisesalz größtenteils aus Ionen bestehen. Im Gegensatz zu Kochsalzen haben ILs einen Schmelzpunkt unter 100 °C, einige sind sogar bei Raumtemperatur flüssig. Darüber hinaus haben diese Substanzen einen vernachlässigbaren Dampfdruck, sind nicht brennbar und weisen hohe thermische und elektrochemische Stabilität sowie ionenleitende Werte auf.

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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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Hochempfindliche und zuverlässige POC-Technologien für die Diagnostik

Die Arbeitsgruppe Molekulare Bioanalytik und Bioelektronik von Prof. Dr. Frank Bier konzentriert sich auf die medizinische Diagnostik, insbesondere die Entwicklung von Point-of-Care Tests (POCT) unter Verwendung unterschiedlicher molekularbiologischer und biochemischer Techniken. Derzeit fokussiert sich die Arbeit auf verschiedene Assay- Entwicklungen zum Nachweis von COVID-19. Die Hauptmotivation besteht in der Ausführung intelligenter und innovativer POCT für Heimtests. Eines der Forschungsprojekte untersucht den Nachweis von viraler RNA zur frühzeitigen und zuverlässigen Diagnose von Infektionen mit SARS-CoV-2 und anderen Krankheitserregern. Für den einfachen und sensitiven Nachweis wird das Teststreifenformat mit der viel beachteten Technik der Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) von Nukleinsäuren kombiniert.

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Nachhaltige und kostengünstige Materialien zur Wasseraufbereitung

Adsorbentien auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen und Abfallstoffen aus der Lebensmittel- und Agrarindustrie werden durch unterschiedliche chemische Modifikationen, thermischer Behandlung und Zugabe weiterer funktioneller Komponenten, wie Ton, hergestellt. Die resultierenden Materialien wirken als Adsorbentien, die zur Entfernung von Schwermetallen, organischen Schadstoffen sowie Pharmazeutika, Pestiziden, Herbiziden und biologischen Verunreinigungen eingesetzt werden können.

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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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Antimikrobielle Polymere

Die Ausbildung von Antibiotikaresistenzen ist eine stetig wachsende Herausforderung im Gesundheitswesen. Nach Lösungen sucht hier die von Dr. Matthias Hartlieb geleitete Emmy Noether – Forschungsgruppe Polymere Biomaterialien.
Ziel der Wissenschaftler*innen ist es membranaktive, antimikrobielle Polymere zu entwickeln, welche so selektiv gegenüber pathogene Bakterien sind, dass sie konventionellen Antibiotika Konkurenz machen. Auch Oberflächenbeschichtungen (auf medizinischen Geräten oder Implantaten) werden in Zukunft untersucht. Der Vorteil solcher Materialien: Resistenzentwicklung ist fast ausgeschlossen.

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Cellulose derivierter neuartiger Biokunststoff

Dieses Bioplastik ist die erste Polymerisation von Levoglucosenylmethylether (LME), welches aus nachhaltigen Rohstoffen (Cellulose) gewonnen und in der Forschungsgruppe von Prof. Helmut Schlaad entwickelt wurde.

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