Promotionsvortrag Qais Al Bataineh

Das Erkennen und Charakterisieren von Nano-Objekten mit niedrigen Konzentrationen, wie beispielsweise biologischen Partikeln, stellt eine erhebliche Herausforderung in der analytischen Wissenschaft dar. Die Weitfeld-Oberflächenplasmonenresonanz-Mikroskopie (WF-SPRM) kann einzelne Nano-Objekte in Lösungen und Gasmedien, die an die Sensoroberfläche gebunden sind, detektieren. Daher kann WF-SPRM niedrige Konzentrationen von Nano-Objekten nachweisen, da das Bild mehrere Quadratmillimeter umfasst. In dieser Arbeit wurden die grundlegenden Parameter für den Bau einer hochsensitiven WF-SPRM optimiert. Das effektive Medium-Modell des SPR-Sensors behandelte die an die Sensoroberfläche gebundenen Moleküle als ein effektives Medium mit einem effektiven Brechungsindex und einer effektiven Dicke. Allerdings kann WF-SPRM einzelne Nano-Objekte in Lösungen und Gasmedien detektieren. Daher haben wir ein diskretes Partikelmodell der SPR abgeleitet, um den SPR-Sensor für die Detektion diskreter Partikel zu beschreiben. Theoretische, numerische und experimentelle Analysen des SPR-Detektionsprinzips wurden unter Berücksichtigung der Detektion diskreter Partikel durchgeführt. Die berechneten Intensitätsprofile von Einzel- und Doppel-Nanopartikeln aus dem diskreten Partikelmodell stimmen mit experimentellen Daten überein.
Zusätzlich wurde der Einfluss auf die SPR-Sensitivität durch Beschichtung der Gold/Silber-Schicht mit einer dielektrischen Schicht mit variierendem Brechungsindex untersucht. Verschiedene Polyelektrolyt-Bürsten, wie Polyacrylsäure, Polyacrylsäure-Polyethylenoxid und Polyacrylsäure/Iod, wurden verwendet, um die Verbesserung der SPR-Sensitivität zu validieren. Validierungsexperimente wurden mit Polystyrol- und Silica-Nanopartikeln unterschiedlicher Größen durchgeführt. Das diskrete Partikelmodell der SPR wurde eingeführt, um das Detektionsprinzip für diskrete Partikel zu beschreiben. Theoretische, numerische und experimentelle Analysen wurden durchgeführt, und die berechneten Intensitätsprofile von Einzel- und Doppel-Nanopartikeln aus dem diskreten Partikelmodell wurden mit den experimentellen Profilen verglichen.
Abschließend wird das Oberflächenplasmon-Kopplungsverhalten zwischen den lokalisierten Oberflächenplasmonen (LSPs) von Metall-Nanostrukturen unterschiedlicher Formen und Größen und den propagierenden Oberflächenplasmonen (PSPs) der Metalloberfläche durch experimentelle, Simulations- und theoretische Ansätze untersucht. Zunächst wird das Kopplungsverhalten der Goldschicht der WF-SPRM mit einzelnen, zwei und mehreren Goldnanopartikeln (AuNPs) unterschiedlicher AuNP-Größen unter Verwendung theoretischer, Simulations- und experimenteller Ansätze untersucht. Danach werden verschiedene Formen von AgNSs, einschließlich Kugel, Dreieckplatte und Hexagonplatte, durch eine einstufige solvothermale Reduktionsmethode synthetisiert. Das Oberflächenplasmon-Kopplungsverhalten zwischen den LSPs unterschiedlicher Formen von AgNSs und den PSPs der Ag-Oberfläche wird unter Verwendung der Weitfeld-Oberflächenplasmonenresonanz-Mikroskopie (WF-SPRM), der Finite-Elemente-Methode und einer abgeleiteten Methode basierend auf der Streutheorie untersucht.