Ein Verfahren zur Ausrichtung von Goldnanostäben in magnetischen Feldern

Ein internationales Forscherteam von Wissenschaftlern aus den USA (North Carolina State University) und vom Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. hat eine neue Methode entwickelt, die es erlaubt, Goldnanostäbe unter Erhalt von deren optischer Eigenschaften in magnetischen Feldern auszurichten.

„Goldnanostäbe sind deshalb von besonderem Interesse, weil sie Licht definierter Wellenlängen stark streuen und absorbieren, was sie für Anwendungen beispielsweise in der medizinischen Bildgebung, in Sensoranwendungen und anderen Technologiebereichen prädestiniert,” erläutert Joe Tracy, korrespondierender Autor eines in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlichten Artikels und Professor für Materialforschung an der North Carolina State University.

Die Anpassung der Dimension der Goldnanostäbe ermöglicht die Kontrolle der Wellenlängenbereiche von absorbiertem und gestreutem Licht. Darüber hinaus eröffnet die magnetische Ausrichtung der Nanostäbe eine weitere Möglichkeit, diese Wellenlängenbereiche gezielt zu modulieren.
„Anders ausgedrückt: Indem wir die Ausrichtung der Nanostäbe beeinflussen können, erzielen wir eine verbesserte Kontrolle über deren optische Eigenschaften,” sagt Joe Tracy, „und die erreichte Ausrichtung über magnetische Felder ermöglicht uns diese Art von Kontrolle ohne direkten Kontakt mit den Nanostäben.”

In ihrer Methode verwenden die Wissenschaftler zwei verschiedene Suspensionen von Goldnanostäben einerseits und Eisenoxidnanopartikeln andererseits. Durch Mischung dieser Suspensionen wird eine Bindung der Eisenoxidnanoteilchen auf der Oberfläche der Goldnanostäbe erzielt. Diese „dekorierten” Goldnanostäbe können dann bereits in einem vergleichsweise schwachen magnetischen Feld ausgerichtet werden.

„In unserer Studie haben wir untersucht, was während dieses Prozesses passiert und wie gut das funktioniert,” sagt Tracy. „Wir haben gezeigt, dass wir die Goldnanostäbe ausrichten können, ohne deren optische Eigenschaften zu stören oder negativ zu beeinflussen.”

„Außerdem haben die verwendeten Nanostäbe das kleinste bekannte Länge-zu-Dicke-Verhältnis unter allen bisher in der Literatur beschriebenen elongierten Nanoteilchen, die nach Dekoration mit Eisenoxidnanopartikeln im magnetischen Feldern ausgerichtet wurden,” ergänzt Mehedi Hasan Rizvi, Erstautor des Artikels und Doktorand an der NC State.
„Damit unser Ansatz funktioniert, musste das System hinsichtlich zahlreicher Aspekte wie der Dimension der Goldnanostäbe und Eisenoxidnanopartikel und deren Zahlenverhältnis optimiert werden,” sagt Rizvi.

“Momentan untersuchen wir Anwendungmöglichkeiten im Bereich der Bildgebung, für welche die multifunktionellen Eigenschaften von magnetischen modifizierten Goldnanostäben vorteilhaft sind, ” sagt Tracy.

Der Artikel „Magnetic Alignment for Plasmonic Control of Gold Nanorods Coated with Iron Oxide Nanoparticles,” ist frei zugänglich in Advanced Materials veröffentlicht. Weitere Autoren der Arbeit sind William Crumpler, ehemaliger Student an der NC State, Ruosong Wang und Jonas Schubert vom Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF); Christian Roßner und Andreas Fery vom IPF sowie der Technischen Universität Dresden und Amy Oldenburg von der University of North Carolina, Chapel Hill.

Gefördert wurde die Arbeit durch die National Science Foundation in den Projekten CMMI-1763025 und CBET-1803830, durch die Alexander-von-Humboldt Stiftung, die Deutsche Forschungsgemeinschaft, den Fonds der Chemischen Industrie sowie das China Scholarship Council.

Bildunterschrift:
In wässriger Dispersion richten sich mit Eisenoxidnanopartikeln dekorierte Goldnanoteilchen entsprechend der durch spezielle Anordnungen von Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldmuster aus. Daraus resultiert polarisationsabhängige Absorption und Streuung von Licht hat. Doppelpfeile zeigen die Polarisationsrichtung eines linearen Polarisators an, durch welchen die Fotoaufnahme gemacht wurde.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Fachlicher Direktkontakt:
Prof. Dr. Andreas Fery, fery@ipfdd.de
Dr. Christian Roßner, rossner@ipfdd.de

Originalpublikation:

DOI: 10.1002/adma.202203366

http://www.ipfdd.de