Sensormaterialien

Farbstoffbeladene Mikropartikel (Großbild)

  

Im Fokus des Fachbereichs steht die Entwicklung, Untersuchung, Anwendung und Etablierung von sensorischen Materialien unterschiedlicher chemischer Natur für verschiedene analytische Methoden.

Das Hauptaugenmerk richtet sich dabei auf partikuläre Systeme sowie dünne Filme. Die von uns entwickelten Mikro- oder Nanopartikel sind in der Regel so funktionalisiert, dass sie die Anwesenheit eines Analyten erkennen und anzeigen können. Diese Sensorpartikel können dabei auf den verschiedensten Trägern immobilisiert sein, im Durchfluss (z.B. im Cytometer) oder in Kavitäten (z.B. Mikrotiterplatten) eingesetzt, beobachtet und abgefragt werden. Als Trägerpartikel setzen wir hauptsächlich Silica-, Polymer- und Gold-Nanopartikel ein. Je nach Anwendung können diese monolithisch oder porös sein bzw. eine Kern-Schale-Struktur besitzen. Die von uns hergestellten dünnen Filme bestehen in der Regel aus organischen Polymeren. Zur Signalübermittlung werden meist chromo- und/oder fluorogene Verbindungen wie organische Farbstoffe oder Selten-Erd-Ionen eingesetzt.

Das besondere Interesse gilt dabei zum einen der Entwicklung von möglichst einfachen Screening-Verfahren (z.B. Teststreifen oder robuste Sensoren), zum anderen der parallelen Detektion verschiedener Analyte in Hochdurchsatz- oder multiplex-fähigen Verfahren. Als Detektionsverfahren finden primär optische Methoden einen Einsatz, da sie in der Regel die besten Möglichkeiten hinsichtlich Miniaturisierung, mobilem Einsatz und Durchsatz bieten.

Um Sensormaterialien für den empfindlichen optischen Nachweis zu qualifizieren, ist die Erarbeitung von Strategien zur Signalverstärkung unabdingbar. Aufbauend auf jahrelangen Erfahrungen im Bereich des Designs funktioneller Farbstoffe, molekularer Indikatoren und Schalter, ist der Fachbereich hier intensiv tätig. Im Bereich der Parallelisierung von Nachweisen spielen zudem Kodierung und selektive Adressierung eine große Rolle.

Arbeitsschwerpunkte

Sensorschichten aus dünnen Polymerfilmen auf Glasträgern, unter der UV-Lampe aufgenommen

• Entwicklung und Einsatz Partikel- und Dünnfilm-basierter Sonden und Sensorsysteme
• Design von funktionellen Farbstoffen für analytische Anwendungen
• Signalverstärkungsstrategien für optische Nachweisverfahren
• Multiplex-fähige Sensorplattformen
• Entwicklung von und Untersuchungen zum Einsatz von Microarray-Formaten
• Sensormaterialien auf Basis molekular geprägter Polymere
• Duale Labels für die Oberflächenanalytik mit unterschiedlichen Messmethoden
• Identifikations- und Adressierungsstrategien für partikuläre Sonden
• Methodische Entwicklungen in der Cytometrie mit Nano- und Mikropartikeln
• Lateral-Flow-Assays

Kooperationen

Sensorische Silica-Nanopartikel, aufgenommen unter Tageslicht (links) und UV-Lampe (rechts)

  

• J. Kneipp (BAM 1.0 u. Institut für Chemie, Humboldt-Universität zu Berlin): Raman-aktive Labels
• W. E. S. Unger (BAM 6.8): duale Labels für die Oberflächenanalytik
• R. Noske (BAM 4.2): Nanostrukturierte Sensoren für den Explosivstoffnachweis
• B. Sellergren (Institut für Umweltschutz, Technische Universität Dortmund): chromo- und fluorogene molekular geprägte Polymere
• R. Martínez-Máñez (Instituto de Química Molecular Aplicada, Departamento de Química, Universidad Politécnica de Valencia): Chromo- und fluorogene Hybridmaterialien für die Sensorik
• Z. Shen (State Key Laboratory of Coordination Chemistry, Nanjing University): Langwellige Fluoreszenzfarbstoffe
• M. Weber (Computational Molecular Design, ZIB Konrad-Zuse-Institut Berlin): Modellierung von Bindungsereignissen und Polymerisationsreaktionen

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