KIP publications

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Möglichkeiten zur in situ Detektion von Proteinen in wässriger Lösung mit Hilfe von oberflächenverstärkter Infrarotspektroskopie (SEIRS) untersucht. Dabei wurde die Feldverstärkung resonant angeregter Gold-Nanodrähte mit Längen im Mikrometerbereich ausgenutzt, um die Vibrationsbanden der Amidbindungen der Proteine zu verstärken. Der optische Weg des IR Strahls durch Wasser wurde aufgrund der starken Wasserbanden minimiert. Dazu wurde zunächst in Reflexionsgeometrie gemessen, mit Nanoantennen in einem Flüssigkeitskanal auf der Substratunterseite. Aufgrund sehr geringer Intensitäten des detektierten Streulichts konnten keine Proteine detektiert werden. Durch Veränderung der Antennengeometrie lassen sich die Intensitäten aber stark erhöhen. Für Messungen in Transmissionsgeometrie wurde eine mikrofluidische Zelle (MFZ) entwickelt, bei der die Wasserschicht zwischen zwei infrarottransparenten CaF2-Wafern durch einen photolithographisch hergestellten Flüssigkeitskanal auf 6,3 μm begrenzt ist. Bei in situ Messungen von Rinderalbumin (BSA) konnten die Moleküle ab einer Proteinkonzentration von 50 Nanomol pro Liter anhand der verstärkten Amidbanden, sowie der Verschiebung der Resonanzfrequenz nachgewiesen werden. Bei Messungen am getrockneten Substrat konnte eine Detektionsgrenze von 20 Nanomol pro Liter bestimmt werden.

In this work, the possibilities for using surface enhanced infrared spectroscopy (SEIRS) for in situ detection of proteins in aqueous solutions were examined. The field enhancement of resonant gold nanowires with lengths in the infrared range was used to enhance the vibrational bands of the amide bonds in proteins. The optical path of the IR beam in water was minimized to avoid the strong water absorption bands. To achieve this, measurements were performed in reflection geometry, with nanoantennas inside a fluidic channel on the bottom side of the substrate. Due to the very low intensities of the detected scattered light, protein detection was not possible. The intensities can be greatly improved through changes in the antenna geometry. A microfluidic device (MFD) was created for measurements in transmittance geometry. The water layer between two infrared transparent CaF2 wafers is limited to 6.3 μm by a photolithographically fabricated microfluidic channel. In situ measurements of bovine serum albumin (BSA) showed that the proteins can be detected down to a concentration of 50 nanomoles per liter by means of the enhanced amide vibrational bands, as well as the antenna resonance shift. In measurements of dried samples, a limit of detection of 20 nanomoles per liter could be achieved.