Maßgeschneiderte Plasmonik und MOFs: Synergien für die Detektion von Geruchsstoffen

Programm

ESPRIT

Projektkoordination

Danube Private University, Ass. Prof. Dr. Juan Allegretto

Projektbeteiligte an der DPU

• Hon.-Prof. Prof. Dr. Wolfgang Knoll
• Assoz. Prof. Jakub Dostalek, PhD

Projektbeschreibung

Ein guter Kaffee, frisch geschnittenes Gras oder ein regnerischer Tag – manche Dinge und Situationen sind tief in unserem Gedächtnis verankert und lassen sich allein anhand ihres Geruchs sofort wiedererkennen. Unser Geruchssinn ist in der Lage, eine enorme Vielfalt an Düften zu unterscheiden, die in Wirklichkeit aus komplexen Kombinationen von Molekülen in jeweils spezifischen Verhältnissen bestehen.

Dennoch bleibt die Leistungsfähigkeit unseres Geruchssinns deutlich hinter jener von Tieren wie Hunden zurück. Diese können selbst feinste Veränderungen in unserer Körperchemie erschnuppern, medizinische Notfälle erkennen oder im Polizeieinsatz Drogen und Sprengstoffe aufspüren.

Damit ein Geruch wahrgenommen werden kann, braucht es drei Komponenten: einen Duftstoff (also die erwähnte Molekülkombination), ein Material, das diese Moleküle einfängt, und ein System, das sie detektiert. Beim Menschen übernimmt die Nase das „Einfangen“ der Moleküle, während spezialisierte Rezeptoren (größere Moleküle, sogenannte Proteine) diese analysieren und die Information an das Gehirn weiterleiten.

In unserem Projekt verfolgen wir das Ziel, eine Plattform zu entwickeln, die auf einem porösen Material basiert, das Duftmoleküle effektiv einfängt, sowie auf der sogenannten SERS-Technologie, die Licht nutzt, um diese Moleküle zu detektieren und zu quantifizieren. Die eingesetzten porösen Materialien, sogenannte MOFs (Metal-Organic Frameworks), bieten aufgrund ihrer vielfältigen chemischen Eigenschaften die Möglichkeit, maßgeschneiderte Umgebungen für unterschiedliche Moleküle zu schaffen.

Die SERS-Technologie (Surface-Enhanced Raman Spectroscopy) wandelt die Information der eingefangenen Duftstoffe in stark verstärkte optische Signale um, wodurch selbst sehr geringe Konzentrationen nachgewiesen und quantifiziert werden können.

Die Weiterentwicklung leistungsfähiger Geruchssensorik und bioinspirierter Technologien stellt eine der spannendsten Herausforderungen der aktuellen Forschung dar. Durch die gezielte Kombination der besonderen Eigenschaften von MOFs mit den Vorteilen von SERS-Sensoren zielt unser Projekt darauf ab, eine vielseitige und hochsensitive Plattform zur Detektion von Duftstoffen zu entwickeln – mit dem Potenzial, die Geruchsanalyse grundlegend zu verändern.

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