Physikalische Chemie mit Schwerpunkt Nanoskalige Strukturaufklärung biologischer und biomedizinischer Systeme (W3) Prof. Dr. Volker Deckert Forschungsschwerpunkte Die Untersuchung von fundamentalen Licht-Materie Wechselwirkungen auf der Nanometerskala, insbesondere die Erforschung der maximal möglichen Ortsauflösung mit Licht. Plasmonisch aktvierte Katalyse erlaubt grundsätzlich die Lokalisierung der Reaktivität auf wenige Nanometer. Hier werden sowohl experimentelle Anwendungen als auch Grundlagen untersucht. Die Strukturanalytik von natürlichen und artifiziellen nanoskaligen Systemen, reicht von der Erforschung von Polymernanopartikeln und Viren bis hin zur Untersuchung von 2D Materialien. Methodenentwicklung für hochortsaufgelöste Schwingungsspektroskopie. Kombination von Rastersondenverfahren und Schwingungsspektroskopie zur Korrelation von nano-mechanischen und Struktur-Eigenschaften. Die hohe Ortsauflösung von Rastersondenverfahren geht mittlerweile weit über die genaue Bestimmung der Probentopographie hinaus. So lassen sich mit vergleichbarer Ortsauflösung und geringfügig langsameren Messzeiten auch nanomechanische Eigenschaften wie die Proben-SpitzeAdhäsion oder die Probenelastizität bestimmen. Diese Eigenschaften lassen sich neben dem eigentlichen physikalischen Informationsgehalt zum einen ideal mit nahfeld-optischen und nahfeld-spektroskopischen Experimenten korrelieren, zum anderen erlauben solche Messungen ein schnelles screening von Oberflächen, welches dann im Nachgang erlaubt zeitlich aufwändige Nanoskalige Analyse Bio-Materialien Messungen (z.B. TERS-Messungen) dann nur an vorausgewählten Orten durchzuführen. Dies erlaubt beispielsweise in klinischen Proben Virusähnliche Partikel von Zellbestandteilen zu trennen und gezielt Viren mittels hochortsaufgelöster Spektroskopie zu untersuchen. In Abbildung 1 ist dann gezeigt, wie eine Unterscheidung von unterschiedlichen Virusspezies durch die Spitzen-verstärkten Raman-Streuung (TERS) gelingen kann. Zum einen zeigen Messungen mit hoher Ortsauflösung deutlich die Strukturellen Unterschiede auf der Viren-Oberfläche (z.B. bei H1N1 Lipide und Proteine), zum anderen konnte durch „künstliches Verschmieren“ der Ortsauflösung ein gemitteltes Spektrum der Oberfläche erhalten werden. Letzteres ist für eine Viren-Diagnose wesentlich besser geeignet, da hier alle Oberflächenkomponenten zu tragen kommen, während ein einzelnes TERS Spektrum für diese Zwecke wegen der extremen Ortsauflösung nicht aussagekräftig genug wäre. [4] A. Capocefalo, et al.(2021): Unveiling the interaction of protein fibrils with gold nanoparticles by plasmon enhanced nano-spectroscopy. Nanoscale, 13, 14469-14479. DOI: 10.1039/d1nr03190b. [5] V. Deckert, et al. (2020): Laser spectroscopic technique for direct identification of a single virus I: FASTER CARS. PNAS, 117, 27820-27824. DOI: 10.1073/pnas.2013169117. [6] C. Höppener, F. H. Schacher and V. Deckert, Small (2020): Multimodal Characterization of Resin Embedded and Sliced Polymer Nanoparticles by Means of Tip-Enhanced Raman Spectroscopy and Force– Distance Curve Based Atomic Force Microscopy, Small, 16, 1907418. DOI: 10.1002/smll.201907418. Abb. 1. Links: Hochaufgelöste TERS Spektren auf H1N1 und Coxsackievirus B3 Oberflächen – deutlich sichtbare Unterschiede in der lokalen Zusammensetzung; Rechts: Die gleichen Viren mit gemittelt aufgenommenen TERS Spektren – die lokalen Unterschiede können nicht differenziert werden, dafür erhöht sich die Reproduzierbarkeit insgesamt. Bild: Volker Deckert & Tanja Deckert-Gaudig 82 — FORSCHUNG
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