Grundlagenforschung Nanopartikel mit Goldhülle: Hochauflösende Displays und Biosensoren

Nanopartikel mit einer sehr dünnen Goldhülle sollen künftig für hochauflösende Displays, optische Sensoren bis zu Biosensoren in der Krebsführerkennung eingesetzt werden. Die Nanopartikel haben dabei völlig andere Eigenschaften als gediegenes Gold.

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Nanopartikel mit Goldhülle: Ein getrockneter Film aus Goldhüllen-Nanopartikeln (220 nm) auf Glas.
Nanopartikel mit Goldhülle: Ein getrockneter Film aus Goldhüllen-Nanopartikeln (220 nm) auf Glas.
(Bild: Tanaka)

Für künftige Displays mit einer hohen Auflösung wollen Forscher Gold aus Nanopartikeln verwenden. Gold als Film aus Nanopartikeln hat völlig andere Eigenschaften als gediegenes Gold in der Natur: Die Oberflächen schimmern grün oder in anderen Farben.

Jetzt konnten japanische Wissenschaftler Nanopartikel aus Gold mit definierten Durchmessern von 80 bis 250 nm herstellen. Sie sind mit einem nur zehn Nanometer dünnen Goldfilm umhüllt. Das ist dünner als bisher möglich. Damit die optischen Eigenschafte sich nach Wunsch variieren lassen, geben die Wissenschaftler die Größe der Partikel präzise vor, die im Inneren aus anorganischen Materialien, Metallen oder Polymeren bestehen.

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Nanopartikel reagieren auf Licht

Eine interessante Eigenschaft der Partikel ist die sogenannte Plasmonenresonanz. Dabei handelt es sich um ein Phänomen, bei dem die Schwingungen freier Elektronen auf der Oberfläche von Metall-Nanopartikeln mit dem einfallenden Licht in Resonanz treten. Die leuchtenden Farben von Gold-Nanopartikeln sind auf dieses Phänomen zurückzuführen.

Je dünner die Hülle ist, umso besser absorbiert sie Licht. Mit weniger als zehn Nanometer ist die Hülle weit dünner als bei bisherigen Produkten. Die Goldhüllen-Nanopartikel reagieren auf Licht vom sichtbaren bis zum nahen Infrarotbereich, das erlaubt ein weites Anwendungsspektrum.

Eine Anwendung der Goldhüllen-Nanopartikel ist die oberflächenverstärkte Raman-Streuung: Wenn ein Material mit Licht bestrahlt wird, streut es Licht mit einer anderen Wellenlänge zurück. Dieses Raman-Streulicht ist wie ein Fingerabdruck jedes Materials. Um jedoch kleinste Mengen von Materialien zu erkennen, muss das Raman-Streulicht verstärkt werden.

Drogen erkennen und Krebs diagnostizieren

Das leistet die oberflächenverstärkte Raman-Streuung. Bisher wurden dafür Edelmetallsubstrate mit winzigen Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche verwendet, aber die Reproduzierbarkeit war zu gering. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, aus den Goldhüllen-Nanopartikeln Substrate mit hoher Raman-Verstärkung herzustellen durch einfaches Trocknen hochkonzentrierter Dispersionsflüssigkeiten.

Durch die Verstärkung der Metalloberflächen/Goldhüllen-Nanopartikel lassen sich selbst sehr wenige Moleküle nachweisen, was eine Anwendung bei der Erkennung von Drogen oder in der Krebsdiagnose eröffnet.

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