H erstellung von plasm onischen N anostrukturen auf Basis von G oldnanopartikeln für die SEIR A -Spektroskopie an B iom olekülen

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Hansi Berger
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1 H erstellung von plasm onischen N anostrukturen auf Basis von G oldnanopartikeln für die SEIR A -Spektroskopie an B iom olekülen Gutachter: Prof. Dr. Joachim P. Spatz Prof. Dr. Reiner Dahint

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Plasm onik Optische Eigenschaften von metallischen Nanostrukturen Wechselwirkungen zwischen Oberflächenplasmonen und Molekülschwingungen Infrarotspektroskopie Theoretische Grundlagen Infrarotspektroskopie an Biomolekülen Oberflächenverstärkte Infrarot Absorption (SEIRA) Bestimmung und Interpretation von Verstärkungsfaktoren Poly-L-Lysin als Modellsystem für die Beobachtung von Eonformationsänderungen Herstellungsverfahren für plasmonische Sensoren Top-Down Verfahren Bottom-up Verfahren Synthese von Gold Nanopartikeln Bildung und Wachstum von Gold Nanopartikeln Stabilität von Kolloiden in L ösu n g Steuerung der Größenverteilung während der Synthese Keimvermitteltete Wachstumsreaktion UV-induzierte stromlose A bscheidung Größenauftrennung nach der S ynthese Sintereigenschaften von Goldstrukturen im Nanometermaßstab Funktionalisierung von Gold Nanostrukturen Zielsetzung der Arbeit 51

3 3 Synthese von Gold Nanopartikeln Einleitung Material und Methoden Synthese von Gold Nanopartikeln im wässrigen Milieu Synthese von Gold Saatpartikeln mittels Citrat- Reduktion Wachstum von Gold Saatpartikeln mittels UVinduzierter stromloser Abscheidung in Lösung Phasentransfer von Gold Nanopartikeln Synthese von Gold Nanopartikeln in organischem Medium Synthese von Gold Saatpartikeln Wachstum von Gold Nanopartikeln Gold Nanopartikel mit Polystyrolhülle Größenselektive Auftrennung von Gold Nanopartikeln Größenbestimmung von Gold Nanopartikeln Ergebnisse und Diskussion Optimierung der UV-induzierten stromlosen Abscheidung Aufbau eines Durchflussreaktors Optimierung der Reaktionsparameter Vergrößerung der Ausbeute (upscaling) Verbessertes Saat-Wachstum in unpolarem Medium Erweiterung der Bandbreite an möglichen Partikelgrößen Untersuchung des Agglomerationsverhaltens Herstellung nanostrukturierter Goldoberflächen für oberflächenverstärkte Spektroskopie Einleitung Material und Methoden Reinigung der S u b strate Schleuderbeschichtung von Oberflächen Konzentrationseinstellung von Gold Nanopartikeldispersionen Plasmaprozesse zur Reinigung und zum Sintern der Nanostrukturen... 90

4 4.2.5 Verbesserung der Stabilität von Gold Nanostrukturen unter neutralem bis basischem ph-wert Ergebnisse und Diskussion Erzeugung von Partikelmonolagen mit definierten Abständen Herstellung und Charakterisierung von Partikeldoppellagen mit unterschiedlicher Sinterstärke Anordnung von Partikeln in Waben-Insel-Strukturen Untersuchung der Strukturen mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie Studie zur Stabilität von Gold Nanostrukturen auf Silizium- Substraten unter neutralem bis basischem ph-wert Gold Nanostrukturen für SEIRA Untersuchungen Einleitung Material und Methoden Selbstangeordnete Thiol-Monolagen Oberflächenmodifikation mit Analytmolekülen Messprotokoll für die Bestimmung von Verstärkungsfaktoren Messprotokoll für Studien in ATR-Anordnung Messprotokoll für Studien an Gold Nanoantennen Ergebnisse und Diskussion Bestimmung des Verstärkungsfaktors von verschiedenen Gold Nanostrukturen Beobachtung von Konformationsänderungen mittels SEIRA Messungen in ATR-Geometrie Messungen an Gold Nanoantennen Messungen an Nanostrukturen auf Basis von Gold Nanopartikeln Zusammenfassung und Ausblick 147

5 Literatur 153 Abbildungsverzeichnis 179 Abkürzungsverzeichnis 189 Veröffentlichungen 191 Danksagung 193 Eidesstattliche Versicherung 197

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