Zeitung Heute : Nanopartikel aus Silber machen Moleküle sichtbar

Paul Janositz
Anregendes Licht. Die Raman-Spektroskopie arbeitet mit Laserstrahlung. F.: TUB/Dahl
Anregendes Licht. Die Raman-Spektroskopie arbeitet mit Laserstrahlung. F.: TUB/Dahl

Es klingt wie Zauberei, was der TU-Chemiker Peter Hildebrandt über die Analyseforschung im Rahmen der Exzellenz-Graduiertenschule „Salsa“ erzählt, aber es ist fundierte Wissenschaft. Trickreich ist die „Oberflächenverstärkte Raman-Streuung“ jedenfalls, denn damit lassen sich einzelne Moleküle sichtbar machen, was in der klassischen Raman-Spektroskopie gar nicht möglich ist.

Bei dieser Methode werden Proben mit Laserlicht bestrahlt. Über die Analyse des zurückgeworfenen Lichts erhält man quasi den chemischen Fingerabdruck einer Substanz. Doch das Verfahren hat Nachteile. „Raman-Spektroskopie ist eigentlich sehr unsensibel“, sagt der Professor für Physikalische Chemie. Kleinste Mengen sind nur schwer nachzuweisen – doch Forscher fanden eine Lösung.

Zunächst platzierten sie die nachzuweisende Substanz nur wenige Nanometer (millionstel Millimeter) entfernt von metallischen Nanopartikeln. Dann bestrahlten sie die Partikel mit einem Laser. Das Licht regt die Elektronen im Metall zu Schwingungen an, was wiederum die Lichtstärke an der Metalloberfläche beträchtlich steigert. „Dieser Effekt erhöht die Empfindlichkeit für Moleküle an der Oberfläche des Metalls um mehrere Größenordnungen“, sagt Hildebrandt. Die Technik wird als „Surface Enhanced Raman Spektroscopy“ (SERS) bezeichnet.

Die Frage lautet: Kann man damit auch reale Vorgänge, etwa die Aktionen einzelner Moleküle an Oberflächen, sichtbar machen? Besonders nützlich wäre es, das Geschehen bei der Katalyse verfolgen zu können, ohne die viele industrielle Verfahren nicht funkionieren würden.

Das TU-Team um Hildebrandt und die Nachwuchswissenschaftlerin Inez Weidinger dachte sich nun einen Trick aus. Sie setzen Silber-Nanopartikel als Sonden ein, die dank ihrer beschichteten Oberfläche den katalytischen Vorgang nicht beeinflussen. Sobald die Silberteilchen den nachzuweisenden Molekülen nah genug gekommen sind, können letztere im Raman-Spektrum nachgewiesen werden. In Biochips eingebaut, ließe sich beispielsweise feststellen, ob Enzyme noch aktiv oder Proteine bereits geschädigt sind.

Die Technik, Silber-Nanopartikel mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu entwickeln, um sie als lokale Verstärker für die Raman-Spektroskopie einsetzen zu können, ist ein Projekt der „School of Analytical Sciences Adlershof“ (Salsa), die im Juni den Exzellenzstatus bekam. Beteiligt sind die drei Berliner Universitäten sowie außeruniversitäre Einrichtungen wie die Bundesanstalt für Materialprüfung. Auch TU-Forscher wie Peter Hildebrandt oder Norbert Esser, Professor für Grenz- und Oberflächenanalytik sowie Leiter des Leibniz-Instituts für Analytische Wissenschaften (ISAS), sind dabei. „Ich finde es reizvoll, in diesem interdisziplinären Rahmen junge Forscher anzuleiten und die verschiedenen Ansätze kennen zu lernen“, sagt Hildebrandt.

Das könnte auch bei der Idee weiterhelfen, die SERS-Technik auf Partikel zu erweitern, die sowohl Silber als auch Eisenoxid enthalten. Die Mischpartikel könnten beispielsweise zum Transport medizinischer Wirkstoffe genutzt werden. Sollte es gelingen, sie mithilfe von Magnetfeldern an die gewünschte Stelle im Organismus zu dirigieren, könnte mittels SERS beobachtet werden, wie sich die Wirkstoffe in Zellen verhalten. Festlegen auf solche Anwendungen will sich Hildebrandt aber nicht. „Zunächst müssen wir die Grundlagen genau erforschen.“ Paul Janositz

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