Wie detektiert man durchsichtige Nanoteilchen?

Matthias Mader, Laserspektroskopie-Doktorand am Max-Planck-Institut für Quantenoptik, gewinnt mit seinem Vortrag den Photonik Science Slam in Berlin.

Bild 1: Beim „Photonik Science Slam“ drehte sich in den Vorträgen der sechs Slammer im Jahr des Lichts alles um die Photonik. Bild: VDI Technologiezentrum

Bild 2: Mit seinen Vortrag „Unsichtbares sehen. - Wie man durchsichtige Nanoteilchen detektiert“ erhielt Matthias Mader die meisten Stimmen des Publikums und ging als Sieger aus dem Slam hervor. Bild: VDI Technologiezentrum

Bild 3: Veranstaltungsort war das Lido in Berlin-Kreuzberg. Bild: VDI Technologiezentrum

Bild 4: Matthias Mader ist Doktorand in der Abteilung Laserspektroskopie von Physik-Nobelpreisträger Prof. Theodor W. Hänsch am Max-Planck-Institut für Quantenoptik. Bild: VDI Technologiezentrum

29.10.15

Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Dr. Olivia Meyer-Streng

Mit seinen Vortrag „Unsichtbares sehen. - Wie man durchsichtige Nanoteilchen detektiert.“ ging Matthias Mader, Doktorand in der Abteilung Laserspektroskopie von Prof. Theodor W. Hänsch am Max-Planck-Institut für Quantenoptik, als Sieger aus dem „Photonik Science Slam“ hervor, der anlässlich des von der UNESCO ausgerufenen „Jahr des Lichts“  am 12. Oktober 2015 gemeinsam von der Max-Planck-Gesellschaft mit der Photonik-Campus-Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in den Räumlichkeiten des Lido in Berlin-Kreuzberg veranstaltet wurde.

Rund um das Licht drehten sich die Vorträge der sechs jungen Nachwuchswissenschaftler. Die Themen erstreckten sich von der Lasertechnik über mikroskopische Verfahren bis hin zum Einfluss von Licht auf den Menschen. Den Wettbewerb gewinnt derjenige, dem die unterhaltsame und verständliche Darstellung seines Forschungsprojektes am besten gelingt. Die Wahl des Publikums fiel hier auf Matthias Mader. „Aber die Entscheidung war knapp“, konzediert der junge Wissenschaftler.“

In seinem Science Slam Vortrag bringt Matthias Mader in wenigen Bildern auf den Punkt, worum es in seiner Doktorarbeit geht: die Sichtbarmachung und Charakterisierung spezifischer Merkmale von Nanoteilchen. Materialien aus Nanopartikeln spielen heute in vielen Bereichen des täglichen Lebens eine große Rolle. Mit konventionellen optischen Mikroskopen lassen sich ihre äußere Form oder ihre optischen und elektronischen Eigenschaften nicht nachweisen, denn die Partikelgröße – einige zig Nanometer – liegt weit unterhalb der Auflösungsgrenze von rund 400 Nanometern.

Daher kann man z.B. auf die Form der Partikel nur aus deren spektralen Eigenschaften schließen, aber leider sind die Signale bei der Wechselwirkung von Licht mit einzelnen Nanoteilchen im Allgemeinen extrem schwach. Der Ausweg aus diesem Dilemma: man steckt die Nanoteilchen in einen optischen Resonator. Da läuft das Licht so oft hin und her, dass das Signal schließlich um mehr als das 1000fache verstärkt wird.

Besonders schwierig gestaltet sich die Untersuchung von Nanoteilchen, wenn diese für Licht durchsichtig, also unsichtbar, sind wie z.B. Glasnanokugeln. Auch dann hilft ein optischer Resonator beim Nachweis: ein Nanoteilchen im Inneren verstimmt den Resonator etwas. Diese für das Teilchen charakteristische Verstimmung lässt sich nachweisen und damit das Teilchen untersuchen.

„Wir haben damit erstmals die Möglichkeit, die optischen Eigenschaften eines einzelnen Nanopartikels oder Makromoleküls zu untersuchen“, erklärt Matthias Mader. „Deshalb ist unsere neue Methode für viele Bereiche der Biologie, Chemie oder auch Nanotechnik von großem Interesse.“

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