Morphologische Untersuchungen von Nanocontainern mit Rasterkraftmikroskopie (AFM) und spitzenverstärkter Ramanspektroskopie (TERS)

Nanopartikel finden im alltäglichen Leben der Menschen in einer enormen Vielfalt schon seit Jahrhunderten mehr oder weniger bewusst Anwendung. Eine Kategorie dieser Partikel sind Nanocontainer bzw. Nanogefäße, welche unter anderem die Eigenschaft besitzen, eine Beladung einzuschließen und gegebenenfalls zu transportieren. Meist sind lediglich die Auswirkungen der Nanopartikel für das menschliche Auge sichtbar, daher besteht kontinuierlich die Herausforderung der (Einzelpartikel-) Visualisierung. Hierfür existiert eine Vielzahl an Methoden, die jede für sich Vor- und Nachteile aufweist. Viele dieser Techniken sind strikt begrenzt durch das beugungslimitierte Auflösungsvermögen optischer Methoden. Beispielsweise bieten Lichtstreuexperimente eine elegante Möglichkeit, die Größenverteilung von Partikeln sichtbar zu machen. Andere Methoden hingegen basieren auf der Streuung von Elektronen und können daher eine wesentlich höhere Auflösung (im Nanometerbereich und besser) erzielen; so beispielsweise asterelektronenmikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie. Letztendlich sind die genannten Methoden in der Lage, Strukturen zerstörungsfrei auf der Nanometerskala zu beobachten, dennoch fehlt ihnen die Spezifität, um die Proben chemisch identifizieren zu können. Die Vergabe des Chemie-Nobelpreises 2014 für die Entwicklung von super-aufgelöster Fluoreszenzmikroskopie (an E. Betzig, S. Hell und W. Moerner) zeigt die Wichtigkeit von spezifischen hochaufgelösten Bildgebungsverfahren wie STED-Mikroskopie (engl.: stimulated emission depletion)und PAL-Mikroskopie (engl.: photoactived localization microscopy). Im Falle der Fluoreszenzmikroskopie werden Zielmolekül-spezifische und fluoreszierende Antikörper (sogenannte Label) für die Signalgenerierung verwendet. Eine chemische bzw. biologische Identifizierung ist mit dieser Methode demnach teilweise möglich. Diese Label können aber letztendlich die Zielmoleküle beeinflussen und somit die natürlich vorkommende Situation verzerren.