Die Möglichkeit einzelne Moleküle anhand ihrer Fluoreszenz zu beobachten eröffnete eine Vielzahl neuer Anwendungen von der Superauflösungsmikroskopie bis zur Einzelmolekül-DNA-Sequenzierung und zum Einzelmolekül-Energietransfer. Die kleinen Signale einzelner Moleküle haben jedoch die Anwendungsbreite auf sehr stabile und helle Fluoreszenzfarbstoffe in einem engen Konzentrationsbereich eingeschränkt. Erst jüngste nanophotonische Ansätze zeigen Wege auf, wie das Beobachtungsvolumen verkleinert werden kann und wie Fluoreszenzsignale verstärkt werden können.
In diesem Projekt werden wir selbstassemblierte nanophotonische Strukturen entwickeln, die das Fluoreszenzsignal einzelner Moleküle in ultrakleinen Volumina verstärken. Wir werden DNA Origami Nanostrukturen als Grundgerüst benutzen, um Nanoantennen aus Edelmetall-Nanopartikeln zu konstruieren. Die Nanoantennen erhöhen die lokale elektrische Feldstärke zwischen den Nanopartikeln und bilden so ultrakleine Bereiche mit Fluoreszenzverstärkung. Zielmoleküle werden in diesen Fluoreszenz-Hotspots mit Hilfe von Andockstellen am DNA Origami platziert. Ein organischer Fluoreszenzfarbstoff dient dann als Reporter der Fluoreszenzverstärkung.
Wir werden DNA Origamistrukturen herstellen und sie gezielt mit metallischen Nanopartikeln oder auch Nanostäbchen versehen. Das Material wird dabei für eine breidbandige Fluoreszenzverstärkung im sichtbaren Spektralbereich optimiert. Ferner werden die Partikelgröße und ihr Abstand zueinander variiert als auch die Orientierung der Nanostruktur zur Anregungspolarisation kontrolliert. Die Nanostrukturen werden mit Hilfe von zeitaufgelöster Einzelmolekülfluoreszenzspektroskopie und mit Einzelpartikel-Streuungsspektroskopie untersucht. In Verbindung mit Farbstoffen niedriger intrinsischer Quantenausbeute erwarten wir so außergewöhnlich hohe Fluoreszenzverstärkung um deutlich mehr als drei Größenordnungen zu erreichen. Eine solche Fluoreszenzverstärkung eröffnet Möglichkeiten für neue fluoreszierende Marker, Assayformate und andere (bio-)photonische Anwendungen.
Kontakt:
Dr. Guillermo Acuna
TU Braunschweig
Institute of Physical and Theoretical Chemistry
AG Tinnefeld for NanoBioSciences
Phone: +49 531 391 7377
Hans-Sommer-Str. 10
38106 Braunschweig, Germany
g.acuna(at)tu-bs.de
Prof. Dr. Philip Tinnefeld
TU Braunschweig
Institut für Physikalische & Theoretische Chemie - NanoBioSciences
and Braunschweig Integrated Center of Systems Biology (BRICS)
and Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA)
Hans-Sommer-Straße 10
38106 Braunschweig
p.tinnefeld(at)tu-braunschweig.de
www.tu-braunschweig.de/pci/research/tinnefeld