Sensor Nanoteilchen sichtbar machen

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Nanopartikel sind so klein, dass man sie unter einem optischen Mikroskop meist nicht sehen kann. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben nun einen Sensor entwickelt, der nicht nur Nanoteilchen aufspüren, sondern auch ihre Beschaffenheit bestimmen und ihre räumliche Bewegung nachverfolgen kann.

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Bei dem neuartigen faserbasierten Fabry-Pérot Resonator befinden sich hochreflektierende Spiegel auf den Endflächen von Glasfasern.
Bei dem neuartigen faserbasierten Fabry-Pérot Resonator befinden sich hochreflektierende Spiegel auf den Endflächen von Glasfasern.
(Bild: KIT)

Optische Resonatoren halten Licht auf kleinem Raum gefangen, indem es tausende Male zwischen zwei Spiegeln reflektiert wird. Befindet sich ein Nanoteilchen in dem gefangenen Lichtfeld, dann wechselwirkt das Nanoteilchen tausende Male mit dem Licht, so dass eine Änderung der Lichtintensität messbar wird. Das wiederum erlaubt Rückschlüsse auf die Position des Nanoteilchens im dreidimensionalen Raum.

Räumliche Bewegung nachverfolgen

Wie das KIT mitteilt, konnte bislang mit einem optischen Resonator nur bestimmt werden, ob sich das Teilchen im Lichtfeld befindet oder nicht. Die räumliche Bewegung eines Nanoteilchens konnte nicht nachverfolgt werden. Mit dem neuartigen faserbasierten Fabry-Pérot Resonator, bei dem sich die hochreflektierenden Spiegel auf den Endflächen von Glasfasern befinden, ist dies nun möglich: Befindet sich ein Nanoteilchen in Wasser, stößt es mit den Wassermolekülen zusammen, welche sich aufgrund von thermischer Energie in willkürliche Richtungen bewegen. Durch die Stöße führt das Nanoteilchen eine Art Zitterbewegung aus. Diese Brownsche Bewegung kann nun nachverfolgt werden, heißt es.

Einblicke in biologische Vorgänge möglich

Auch besteht laut KIT die Möglichkeit, aus der dreidimensionalen Bewegung den hydrodynamischen Radius des Teilchens, also die Dicke der es umgebenden Hülle aus Wasser, abzuleiten. Das ist entscheidend, weil diese die Eigenschaften des Nanoteilchens verändert. Ebenso könnte die Hydrathülle um Proteine oder andere biologische Nanoteilchen einen Einfluss bei biologischen Vorgängen haben. Einsatzmöglichkeiten für den neu entwickelten Sensor sehen die Forschenden in der Charakterisierung der optischen Eigenschaften von biologischen Nanoteilchen, wie zum Beispielen Proteinen, DNA-Origami oder Viren. Der Sensor könnte damit Einblicke in noch nicht verstandene biologische Vorgänge ermöglichen.

Zur Originalpublikation in der Fachzeitschrift Nature Communications

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