Forschung

In der AG Grenzflächenprozesse wurde kürzlich ein neuer Ansatz in der SPR-Bildgebung vorgeschlagen, der es ermöglicht, einzelne Nanopartikel zu detektieren. Die Methode kann für die Charakterisierung von Nanopartikeln unterschiedlicher Art in Flüssigkeit, Gas oder Vakuum angewendet werden. Bei diesem Ansatz erzeugt jedes auf der Sensoroberfläche gebundene Teilchen  ein charakteristisches Muster mit einem hellem Fleck von wenigen Mikrometern Durchmesser auf dem Bildschirm.

Polystyrol-Nanopartikel (Brechungsindex n = 1,58) unterschiedlicher Größe in wässriger Lösung (Brechungsindex n = 1,33) wurden untersucht, um das erfasste SPR-Signal zu kalibrieren und die minimale nachweisbare Größe des Verfahrens abzuschätzen. Die Helligkeit des beobachteten Flecks, die als Messsignal genommen wird, ist nahezu proportional zur Partikelgröße. Das durch kleine Partikel hervorgerufene Signal übertrifft die Lichtintensität von Mie-Streuung um mehrere Größenordnungen, weil diese als sechste Potenz des Teilchendurchmessers abnimmt. Dies ermöglicht die Erkennung von Polystyrol-Partikeln bis zu einigen zehn Nanometern Durchmesser.

Dieser Effekt kann für die Entwicklung einer leistungsfähigen, empfindlichen analytischen Methode genutzt werden. Die auf der Sensoroberfläche gebundenen Partikel können direkt gezählt werden, und die Zählrate kann als Maß für die TeilchenKkonzentration dienen. Die gesamte Sensorfläche von mehreren Quadratmillimetern kann simultan überwacht werden. Dies gewährleistet eine sehr hohe Konzentrationsempfindlichkeit, die für die medizinische Diagnostik von Viruserkrankungen und / oder für die kontinuierliche Überwachung von Virus-Verunreinigungen in öffentlichen Bereichen von großer Bedeutung sein kann. Die Bindungsrate von Polystyrol-Partikeln hängt linear von der Konzentration ab und zeigte gute Übereinstimmung mit dem berechneten Wert, der basierend auf dem Zwei-Kompartiment-Diffusionsmodell für den Stoffaustausch in einer fluidischen Zelle berechnet wurde. Daraus ergibt sich eine Möglichkeit zur Etalon-freien Messung von Partikelkonzentrationen. Die Konzentration von HI-Virus-ähnlichen Partikeln in Pufferlösung wurde gemessen und zeigte eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen einer ELISA-Analyse.

Literatur:

Real-Time detection of single immobilized nanoparticles by surface plasmon resonance imaging