Forschung & Entwicklung

Einzelmoleküle besser detektieren

13.07.2012

Um die Empfindlichkeit optischer Einzelmolekülsensoren zu steigern, wurde zirkular polarisiertes Licht in rechteckige Nanostrukturen eingekoppelt. Anstatt lokalisierter punktförmiger Verstärkungszonen kann so die gesamte Oberfläche der Struktur als aktive Verstärkungsfläche genutzt werden.

Zirkular polarisiertes Licht (rechts) aktiviert die gesamte Oberfläche der Nanostruktur (rote Färbung) anstatt nur einen kleinen Teil, wie es bei linear polarisiertem Licht der Fall ist

Wissenschaftler aus aller Welt untersuchen Wege, um einzelne Moleküle optisch zu detektieren. Fortschritte auf diesem Gebiet werden dadurch erschwert, dass Einzelmoleküle nur extrem schwach auf Licht reagieren. Bisher setzten Wissenschaftler metallische Nanostrukturen ein, um die optische Wechselwirkung mittels lokalisierter Oberflächenplasmonen um das bis zu 10¹²-fache zu verstärken.
Die Verstärkung ist jedoch auf punktförmige Zentren (Hotspots) mit geringem Wirkungsquerschnitt beschränkt. Um ein Molekül zu messen, muss es auch auf einer dieser aktiven Punkt treffen. Daneben besteht die Gefahr, dass bei zu hoher Laserleistung die Nanostrukturen an den Hotspots schmelzen und ihre Wirkung verlieren.
Dr. Ventsislav Valev von der Katholischen Universität (KU) Leuven in Belgien entwickelte zusammen mit einem internationalen Team eine Technik, um die Hotspots zu vergrößern und so höhere Wirkungsquerschnitte zu erzielen. Dazu verwendeten sie zum einen zirkular anstatt linear polarisiertes Laserlicht, zum anderen rechteckig geformte Nanostrukturen auf der Oberfläche eines potentiellen Einzelmolekülsensors.
Das zirkular polarisierte Licht wird in diese Strukturen eingekoppelt und führt zu einer Aktivierung der gesamten Oberfläche des Rechtecks, anstatt einer Konzentration auf punktförmige Zentren. Damit werden auch Moleküle auf der gesamten angeregten Fläche wahrgenommen, was zu einer deutlichen Steigerung der Messempfindlichkeit führt.
Potentielle Anwendungen dieser Methode liegen in der Photochemie sowie in der Weiterentwicklung von Techniken zur Visualisierung von Einzelmolekülen oder zur Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen zwei oder mehr Molekülen.
[V.K. Valev, et al., Distributing the Optical Near-Field for Efficient Field-Enhancements in Nanostructures, Adv. Mater., online veröffentlicht am 3. Juli 2012, doi: 10.1002/adma.201201151]

BioPhotonik 3/2012

• http://www.kuleuven.be/mep/mep_website.html
• http://perswww.kuleuven.be/~u0052493/English/BienvenueEN.htm

Diese und ähnliche Meldungen kostenlos als Newsletter abonnieren?

Zur Anmeldung für den Newsletter