Precise nanoscale multiple pore functionalization by wetting-control

Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Mehrfachfunktionalisierung jeder einzelnen nanometer-großen Pore in einer inversen Monolage durch benetzungsgesteuerte Funktionalisierung und deren in-situ Detektion auf Basis von lokalen Plasmonen.Die möglichst präzise Nanostrukturierung von Oberflächen ist in den letzten Jahren mit zunehmender Intensität untersucht worden. Die erzeugten Strukturen können als Masken verwendet werden, um weitere Nanostrukturen aus unterschiedlichen Materialien zu generieren. Diese können anschließend selektiv mittels spezifischen Ankergruppen funktionalisiert werden. Typische Beispiele hierfür ist die Selbstorganisation funktioneller Molekülmonolagen auf Gold und oxidischen Oberflächen mittels Thiol- bzw. Silanchemie. Eine nanoskalig kontrollierte Positionierung mehrerer verschiedener chemischer Funktionen ist mit bekannten Prozessen zurzeit allerdings nicht möglich. Meist liegt die Limitierung darin, dass die chemische Funktionalisierung auf Basis der Oberflächenchemie direkt von der vorher generierten Struktur abhängt. Eine mögliche Erweiterung zugänglicher Oberflächenfunktionen, so unsere Hypothese, ist über das Ausnutzen lokaler Benetzungsphänomene möglich. In dem hier beantragten Projekt soll daher eine Strategie entwickelt werden, die es erlauben soll, lokal die Benetzung von nanostrukturierten, porösen Oberflächen einzustellen und mittels dieser Kontrolle unterschiedliche chemische Funktionen mit nanoskaliger Präzision auf Oberflächenstrukturen aus gleichem Material abzuscheiden und dabei trotzdem relativ große Flächen zu funktionalisieren. Konkret beabsichtigen wir, inverse Monolagen mit mindestens drei unterschiedlichen chemischen Funktionen/ Polymeren pro Pore zu versehen. Die typischerweise aus Siliziumdioxid bestehenden Poren sollen durch thermische Bedampfung weiter funktional vorstrukturiert werden: Es sollen so auf der äußeren Oberfläche und dem Porenboden gezielt Gold-Nanostrukturen entstehen. Die Benetzungseigenschaften dieser Hybrid-Strukturen sollen dann durch die Wahl des Porenöffnungswinkels und der Oberflächenchemie des Siliziumdioxids eingestellt werden. Dabei wird erwartet, dass die plasmonischen Goldstrukturen auf der äußeren Oberfläche und am Porenboden ein lokal aufgelöstes, direktes Auslesen von Funktionalisierung oder Analyt-Anbindung durch die Verschiebung der entsprechenden plasmonischen Resonanzen erlauben. Hier wird die Optimierung der jeweiligen Goldstrukturen auf ihre plasmonischen Eigenschaften, unter Zuhilfename von Simulationen, eine wichtige Rolle spielen. Langfristig erwarten wir uns von solchen Strukturen, mit mindestens drei unterschiedlichen funktionalen Regionen in einer nanoskaligen Pore und einer lokal aufgelösten Ausleseoption, direkte Informationen über Polymerisationsverläufe und Ligandenanbindung in einem räumlichen Confinement sowie interessante Anwendungsmöglichkeiten dieser nanoskalig multifunktionalen Poren im Bereich der Lab-on-Chip Devices und µ-Elektronik.