TY  - THES
A1  - Baß, Utz
T1  - Analysis of MBE-grown II-VI Hetero-Interfaces and Quantum-Dots by Raman Spectroscopy
T1  - Analyse von MBE-gewachsenen II-VI Heterogrenzschichten und Quantenpunkten mittels Ramanspektroskopie
N2  - The material system of interest in this thesis are II-VI-semiconductors. The first part of this thesis focuses on the formation of self-assembled CdSe-based quantum dots (QD) on ZnSe. The lattice constants of ZnSe and CdSe differ as much as about 7\% and therefore a CdSe layer grown on top of ZnSe experiences a huge strain. The aspired strain relief constitutes in the self-assembly of QDs (i.e. a roughened layer structure). Additionally, this QD layer is intermixed with Zn as this is also a possibility to decrease the strain in the layer. For CdSe on ZnSe, in Molecular Beam Epitaxy (MBE), various QD growth procedures were analysed with respect to the resulting Cd-content of the non-stoichiometric ternary (Zn,Cd)Se. The evaluation was performed by Raman Spectroscopy as the phonon frequency depends on the Cd-content. The second part of the thesis emphasis on the interface properties of n-ZnSe on n-GaAs. Different growth start procedures of the ZnSe epilayer may lead to different interface configurations with characteristic band-offsets and carrier depletion layer widths. The analysis is mainly focused on the individual depletion layer widths in the GaAs and ZnSe. This non-destructive analysis is performed by evaluating the Raman signal which comprises of phonon scattering from the depleted regions and coupled plasmon-phonon scattering from regions with free carriers.
N2  - Im Rahmen dieser Dissertation wurden II-VI Halbleiter untersucht. Der erste Teil behandelt die Selbstorganisation von CdSe basierten Quantenpunkten auf ZnSe. Die Gitterkonstante von ZnSe und CdSe differieren um ca. 7% und daher erfährt eine CdSe Schicht auf ZnSe eine riesige Verspannung. Der angestrebte Abbau dieser Verspannung resultiert in der Selbstorganisation von Quantenpunkten (bzw. einer rauen CdSe-Oberfläche). Zusätzlich bietet die Durchmischung mit Zn eine weitere Möglichkeit die Verspannung zu senken. In der Arbeit wurde mittels Raman Spektroskopie der Einfluss von verschiedenen MBE-Wachstumsmethoden auf den resultierenden Cd-Gehalt der Quantenpunktschicht untersucht. Im zweiten Teil standen die Grenzflächeneigenschaften von n-ZnSe auf n-GaAs im Fokus. Unterschiedliche Wachstumsmethoden dieser Grenzflächen können sich auf verschiedene Eigenschaften auswirken. Insbesondere in der Ausbildung von Verarmungszonen innerhalb der beiden Materialien an der Grenzfläche. Hierzu kam auch Raman Spektroskopie zum Einsatz da sich das Raman Signal aus Streubeiträgen von Phononen aus den verarmten Zonen und aus gekoppelten Plasmon-Phonon Moden aus den Schichten mit freien Ladungsträgern zusammensetzt.
KW  - Zwei-Sechs-Halbleiter
KW  - Molekularstrahlepitaxie
KW  - self-assembly
KW  - quantum-dots
KW  - Raman
KW  - plasmon
KW  - phonon
KW  - Wide-gap-Halbleiter
KW  - n-Halbleiter
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73413
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Stepula, Elzbieta
A1  - König, Matthias
A1  - Wang, Xin‐Ping
A1  - Levermann, Janina
A1  - Schimming, Tobias
A1  - Kasimir‐Bauer, Sabine
A1  - Schilling, Bastian
A1  - Schlücker, Sebastian
T1  - Localization of PD‐L1 on single cancer cells by iSERS microscopy with Au/Au core/satellite nanoparticles
JF  - Journal of Biophotonics
N2  - Programmed cell death‐ligand 1 (PD‐L1) is an important predictive biomarker. The detection of PD‐L1 can be crucial for patients with advanced cancer where the use of immunotherapy is considered. Here, we demonstrate the use of immuno‐SERS microscopy (iSERS) for localizing PD‐L1 on single cancer SkBr‐3 cells. A central advantage of iSERS is that the disturbing autofluorescence from cells and tissues can be efficiently minimized by red to near‐infrared laser excitation. In this study we employed Au/Au core/satellite nanoparticles as SERS nanotags because of their remarkable signal brightness and colloidal stability upon red laser excitation. False‐color iSERS images of the positive and negative controls clearly reveal the specific localization of PD‐L1 with SERS nanotag‐labeled antibodies.
KW  - gold nanoparticles
KW  - PD‐L1
KW  - Raman
KW  - SERS
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-212655
VL  - 13
IS  - 3
ER  - 
TY  - THES
A1  - Strehle, Marion A.
T1  - Mikroskopische und spektroskopische Charakterisierung biologisch relevanter Oberflächen
T1  - Microscopic and spectroscopic characterization of biologically relevant surfaces
N2  - In dieser Arbeit werden biologisch relevante Oberflächen untersucht, die in der Medizin bzw. in der Biologie eine wichtige Rolle spielen. Die Proteinadsorption auf Implantat-Oberflächen wurde charakterisiert, um wichtige Informationen über den Adsorptionsprozess zu erhalten. Das Fernziel hierbei ist, durch ein umfassendes Wissen über diesen für die Implantation wichtigen Schritt Biomaterialien mit möglichst hoher Gewebeverträglichkeit zu entwickeln. Die Verteilung von Propolis auf der Wachs-Oberfläche von Bienenwaben wurde untersucht, um mehr über dessen Nutzen, der noch nicht vollständig aufgeklärt ist, zu erfahren und um auf mögliche Auswirkungen einer veränderten Wabenstruktur auf die Kommunikation der Honigbienen Rückschlüsse ziehen zu können. Das Ziel des ersten Teils dieser Arbeit war, das Adsorptionsverhalten der Proteine Fibrinogen, Albumin und Fibronektin auf Titandioxid, einem in der Medizin häufig als Implantat eingesetzten Material, zu studieren. Die Adsorption von Proteinen auf der Oberfläche von Implantaten ist ein wichtiger Schritt für die Gewebeverträglichkeit bzw. Biokompatibilität dieser Materialien. Es wurden sowohl die räumliche Verteilung der Proteine auf den Implantat-Oberflächen als auch die durch die Adsorption hervorgerufenen strukturellen Veränderungen der Proteine untersucht. Als Methoden wurden hierfür die Laser-Raster-Mikroskopie (LSM), die Kraftfeldmikroskopie (AFM) sowie die Raman-Spektroskopie eingesetzt. Durch ein umfassendes Wissen über den Adsorptionsprozess der Proteine auf Implantat-Materialien können die Oberflächen der Implantate dahingehend verändert werden, dass es zu einer besseren Proteinadsorption und dadurch zu einer noch geringeren Rate an Abstoßungsreaktionen kommt. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse können einen Teil zum Verständnis des Adsorptionsprozesses beitragen. Das Ziel des zweiten Teils dieser Arbeit war es, die chemische Zusammensetzung von Propolis (dem Kittharz der Bienen) und Wabenwachs von Apis mellifera carnica Pollm. sowie die räumliche Verteilung von Propolis auf den Waben-Oberflächen zu untersuchen. Hierzu wurden die Raman-Spektroskopie und Raman-Mapping eingesetzt. Es wurden zunächst Raman-Spektren von Propolis-Proben sowie Raman-Spektren von charakteristischen Standardsubstanzen des Propolis aufgenommen. Das Propolis-Spektrum sowie das Wachs-Spektrum wurden durch eine Auswahl an Standardsubstanzen simuliert. Um herauszufinden, welche Harze von den Bienen gesammelt und als Propolis im Stock verwendet werden, wurden von einigen Harzen, die als Propolis-Quellen in Betracht kommen, Raman-Spektren aufgenommen. Es wurde auch analysiert, ob die Kettenlängen der Alkane, aus denen die Wachse bestehen, einen Einfluss auf die Raman-Spektren hat. Mittels Raman-Mapping wurde schließlich die räumliche Verteilung von Propolis auf der Waben-Oberfläche untersucht. Die hier charakterisierten biologisch relevanten Oberflächen spielen eine wichtige Rolle in der Medizin und in der Biologie. Die Analyse mit mikroskopischen und spektroskopischen Methoden verschafft einen Einblick in die Prozesse, die sich an diesen Oberflächen abspielen. Die Proteinadsorption auf Implantat-Oberflächen sind für die Implantationsmedizin von Bedeutung. Es werden ständig neue Materialien entwickelt, die eine möglichst gute Biokompatibilität aufweisen sollen. Erkenntnisse über die Prozesse, die hierfür eine Rolle spielen, helfen bei der Entwicklung neuer Materialien. Die Verteilung von Propolis auf den Wachs-Oberflächen hat einen Einfluss auf die Materialbeschaffenheit der Waben. Dies könnte die Vibrationsweiterleitung beim Schwänzeltanz der Honigbienen, der für deren Kommunikation von Bedeutung ist, beeinflussen. Die Verteilung des Propolis auf den Waben konnte für kleine Ausschnitte gezeigt werden. Inwiefern eine Propolisschicht auf den Stegen der Waben die Vibrationsweiterleitung tatsächlich beeinflusst, muss durch weiterführende Experimente herausgefunden werden.
N2  - In this work biologically relevant surfaces are investigated, which play an important role in medicine and biology, respectively. The protein adsorption on implant surfaces has been characterized in order to gain important information about the adsorption process. The future goal lies in the development of biomaterials with the highest possible tissue compatibility on the basis of an extensive knowledge about this step which is essential for the implantation. The distribution of propolis on the wax surface of honeycomb was studied to reveal information about its use, which is so far not fully known, and to draw conclusions if a changed honeycomb structure has any influence on the communication of honeybees. The aim of the first part of this work was to study the adsorption behavior of the proteins fibrinogen, albumin and fibronectin on titanium dioxide, a commonly used implant material in medicine. The protein adsorption on an implant surface is an important process for the materia's tissue or biocompatibility. The spatial distribution of the protein on the implant surfaces was studied as well as structural changes of the protein due to adsorption. As methods laser scanning microscopy (LSM), atomic force microscopy (AFM) and Raman spectroscopy were employed. With a profound knowledge about the adsorption process of proteins on implant materials the implant surfaces can be altered in such a way that a better protein adsorption takes place and the amount of repulsive reactions is lowered. The results presented in this work can contribute to a better understanding of such an adsorption process. The goal of the second part of this work was the investigation of the chemical composition of propolis and of the honeycomb wax from the honeybee Apis mellifera carnica Pollm. Furthermore the spatial distribution of propolis on the honeycomb surfaces was determined employing Raman spectroscopy and Raman mapping. First of all Raman spectra of characteristic propolis samples and characteristic standard components of propolis have been recorded. The propolis spectrum as well as the wax spectrum were simulated through a selection of various standard components. To discover the kind of resins collected by the bees and used as propolis in the hive, Raman spectra of certain resins which can be considered as the propolis source were measured. Additionally, a possible influence of the chain length of the alkanes forming the waxes on the Raman spectra was investigated. The spatial resolution of propolis on the honeycomb surface has been studied by means of Raman mapping. The biologically relevant surfaces characterized in this work play an important role in medicine and biology. The analysis employing microscopic and spectroscopic methods gives insight into the processes on the surface. Protein adsorption on implant surfaces a re important for implantation medicine. All the time new materials are developed with an improved biocompatibility. Knowledge about the processes taking place are of relevance for the development of new materials. The distribution of propolis on wax surfaces has an impact on the material condition of the honeycomb. This might be of interest for the vibration prolongation during the wagging dances of the honeybees, which is important for their communication. The propolis distribution on the honeycomb has been determined for some small sectors. In further experiments the role of the propolis layer on the ligaments of the honeycomb for the vibration prolongation needs to be investigated.
KW  - Implantat
KW  - Oberfläche
KW  - Biokompatibilität
KW  - Biokompatibilität
KW  - Nano-Partikel
KW  - Proteine
KW  - Propolis
KW  - Raman
KW  - biocompatibility
KW  - nano particle
KW  - protein
KW  - propolis
KW  - Raman
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5775
ER  - 
TY  - THES
A1  - Müller, Christian
T1  - Physical Properties of Chromophore Functionalized Gold Nanoparticles
T1  - Physikalische Eigenschaften von Chromophore Funktionalisierte Gold Nanopartikel
N2  - n this work the synthesis and analysis of chromophore functionalized spherical gold nanoparticles is presented. The optical, electrochemical and spectroelectrochemical properties of these hybrid materials are furthermore studied. The work therefore is divided into two parts. The first part deals with triarylamine and PCTM-radical functionalized gold nanoparticles. The focus thereby was on the synthesis and on the investigations of chromophore-chromophore interactions and gold core-chromophore interactions. The chromopores, especially triarylamines, were attached to the gold core via different bridging units and were studied with optical and electrochemical methods. The purity and dimensions of the nanoparticles was determined by 1H-NMR spectroscopy, diffusion ordered NMR spectroscopy (DOSY), TGA, XPS and STEM. Furthermore a cyclic voltammetry technique was used to determine the composition of the particles via the Randles-Sevcik equation. An analysis of these parameters led to a model of a sea urchin-shaped nanoparticle. Optical measurements of the particles revealed an anisotropic absorption behavior of the triarylamine units due to gold core-chromophore interaction. However this behavior depends strongly on the relative orientation of the transition dipole moment of the chromophore to the gold surface and the distance of the chromophore to the surface. Hence, the anisotropic behavior was exclusively detected in the spectra of the Au-Tara1 particles. The short and rigid pi-conjugated bridging unit thereby facilitates this gold core-chromophore interaction. It was shown from electrochemical investigations that the triarylamine units can be chemically reversibly oxidized to the triarylamine monoradical cation. Furthermore, the measurements revealed a strong interligand triarylamine-triarylamine interaction which was only seen for the Au-Tara1 particles. The long pi-conjugated bridging units of the Au-Tara2 and Au-Tara3 particles as well as the aliphatic bridging unit of Au-Tara4 prevent any detectable interligand interactions. One may conclude that both the gold core-chromophore and the interligand triarylamine-triarylamine interaction depend on the length and the rigidity of the bridging unit. The electron transfer behavior of the triarylamine units adsorbed onto the gold core was additionally studied via spectroelectrochemical (SEC) measurements which are able to reveal weaker interactions. The investigations of Au-Tara1 and Au-Tara2 revealed a significant strong coupling between neighboring triarylamine units which is due to through-space intervalence interactions. This behavior was not detected for Au-Tara3 or for Au-Tara4. The SEC analysis also revealed that these observed interligand interactions depend on the length and the rigidity of the bridging unit. Thus, the systematic variation of the bridging unit gave a basic insight in the optical and electrochemical properties of triarylamines, located in the vicinity of a gold nanoparticle. The second part of this work aimed at the synthesis of new molecules, denoted as SERS-markers, for immuno SERS applications. For this purpose, the SERS-markers were designed to have a Raman-active unit and a thiol group for chemisorptions to Au/Ag nanoshells. In cooperation with the group of Schlücker (University of Osnabrück) the SERS-markers were absorbed onto Au/Ag nanoshells, denoted as SERS-labels, and characterized. The SERS spectra of the SERS-labels exhibited intense and characteristic SERS-signals for each marker. For immuno SERS investigations SEMA3 was functionalized with a hydrophilic end unit. This marker was adsorbed onto an Au/Ag nanoshell and encapsulated with silica. An anti-p63 antibody was bound to the silica surface in order to generate a SERS-labeled antibody for the detection of the tumor suppressor p63 in benign prostate. Immuno-SERS imaging of prostate tissue incubated with SERS-labeled anti-p63 antibodies demonstrated the selective detection of p63 in the basal epithelium. The results show the potential of the method for the detection of several biomolecules in a multiplexing SERS experiment.
N2  - In dieser Arbeit wurde die Synthese und Analyse von neuen Nanopartikel-Hybrid-Strukturen gezeigt. Darüber hinaus wurden die optischen, elektrochemischen und spektroelektrochemischen Eigenschaften dieser Materialien untersucht. Die Arbeit gliederte sich dabei in zwei Teile. Der erste Teil beschäftigt sich mit Triarylamin- und PCTM-Radikal-funktionalisierten Gold-Nanopartikeln. Im Zentrum dieser Untersuchung stand neben der Synthese vor allem die Untersuchung von Chromophor-Chromophor Wechselwirkungen und Goldkern-Chromophor Wechselwirkungen. Dazu wurden in erster Linie Triarylamine mit verschiedenen Brückeneinheiten an den Goldkern angeknüpft und mit optischen und elektrochemischen Methoden untersucht. Die Reinheit und die Abmessungen der Nanopartikel konnte mit 1H-NMR Spektroskopie, diffusion-ordered-NMR Spektroskopie-(DOSY), TGA, XPS und STEM genau bestimmt werden und die Zusammensetzung der Partikel mit einer elektrochemischen Analysemethode errechnet werden. Aus diesen Parametern wurde dann die Seeigel-artige Struktur der Partikel abgeleitet. Die optischen Untersuchungen der Partikel zeigte ein anisotropes Absorptionsverhalten der Triarylamine, welches eine Folge von Goldkern-Chromophor Wechselwirkungen ist. Dieses Verhalten war allerdings sehr stark von der Orientierung des Übergangdipolmoments des Chromophors zur Goldoberfläche abhängig und vom Abstand des Chromophors zur Goldoberfläche. So war das anisotrope Verhalten nur bei Au-Tara1 zu beobachten. Die kurze und starre pi-konjugierte Brückeneinheit begünstigte dabei die Chromophor-Goldkern Wechselwirkung. In elektrochemischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Triarylamin-Einheiten chemisch reversibel zum Monoradikal-Kation oxidiert werden können. Darüber hinaus konnte in den Messungen eine starke Interligand-Triarylamin-Triarylamin-Wechselwirkung für die Au-Tara1 Partikel beobachtet werden. Die längeren Brückeneinheiten der Au-Tara2 und Au-Tara3 Partikel als auch die aliphatische Brücke des Au-Tara4 Partikels verhinderten eine elektronische Interligand-Wechselwirkung. Somit zeigt sich, dass nicht nur die Triarylamin-Goldkern-Wechselwirkung sondern auch die Interligand-Wechselwirkung sehr sensitiv auf die Länge und Starrheit der Brücke reagieren. In einer weiteren Untersuchung wurde das Elektronentransferverhalten der Triarylamin-Einheiten auf dem Partikel untersucht. In den dafür durchgeführten spektroelektrochemischen Untersuchungen wurde eine starke Kopplung zwischen benachbarten Triarylamin-Einheiten beobachtet. Dieses Verhalten wurde den Intervalenz-Wechselwirkungen durch den Raum zugeordnet und war weder für Au-Tara3 noch für Au-Tara4 zu beobachten. Diese Analyse zeigte, dass auch diese interligand Wechselwirkung stark von dem Abstand und der Orientierung der Triarylamin-Einheiten zueinander abhängt. Somit konnte durch die systematische Variierung der Brückeneinheit ein detailierter Einblick in die optischen und elektrochemischen Eigenschaften von Triarylaminen adsorbiert auf kleinen runden Gold-Nanopartikeln gegeben werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden neue Moleküle, sogenannte SERS-Marker, für den Einsatz in immuno-SERS-Mikroskopie Experimenten synthetisiert. Zu diesem Zweck wurden die Moleküle mit verschiedenen Raman-aktiven Einheiten und einer Thiol-Funktion ausgestattet. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. S. Schlücker (Universität Osnabrück) wurden die Marker mittels Thiol-Einheit auf Au/Ag-Hohlkugeln aufgebracht (SERS-Label) und dann untersucht. Die SERS-Spektren der SERS-Label zeigten intensive und für jeden Marker charakteristische SERS-Signale. Für immuno-SERS-Experimente wurde dann SEMA3 mit einer hydrophilen Schwanzeinheit versehen. Dieser Marker wurde wiederum auf eine Au/Ag-Hohlkugel aufgebracht und an den hydrophilen Schwanzeinheiten mit einer Silikatschicht überzogen. Anschließend wurde zusätzlich ein anti-p63 Antikörper aufgebracht, um den Tumorsuppressor p63 zu detektieren, der vor allem in gutartigen Prostata-Gewebe vorkommt. Mit dem SERS-markierten Antikörper konnte an Prostata-Gewebe p63 im Basal-Epithel nachgewiesen werden. Diese Untersuchungen zeigen das Potential dieser Methode zum gleichzeitigen Nachweis verschiedener Biomoleküle in einem Multiplexing Experiment.
KW  - Gold
KW  - Nanopartikel
KW  - Chromophor
KW  - Gold Nanopartikel
KW  - Triarylamine
KW  - intervalence charge transfer
KW  - SERS
KW  - Raman
KW  - Gold Nanoparticles
KW  - triarylamine
KW  - intervalence charge transfer
KW  - SERS
KW  - Raman
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-57657
ER  - 
TY  - THES
A1  - Geßner, Ralph
T1  - Untersuchungen an biologischen Proben mit verschiedenen Raman- und SERS-spektroskopischen Techniken
T1  - Investigations on biological samples with different Raman- and SERS spectroscopic techniques
N2  - Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Erprobung geeigneter Methoden zur Raman-spektroskopischen Untersuchung empfindlicher, insbesondere biologischer Proben. Das Ziel dabei ist, ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, mit dem es möglich ist, detaillierte Informationen über die Inhaltsstoffe einer Probe und deren räumlichen Verteilung zu sammeln. Diese Daten sind beispielsweise für die Qualitätssicherung pharmazeutischer Produktionen notwendig. Zu diesem Zweck wurden zwei verschiedene Ansätze verfolgt: ein Raman-Spektrometer wurde zum einen mit einer Glasfasersonde, zum anderen mit einer optischen Gradientenfalle kombiniert. Beide Ansätze wurden getestet und mit ihnen biologische Fragestellungen bearbeitet. Die Empfindlichkeit biologischer Proben und die geringe Konzentration ihrer Inhaltsstoffe macht es dabei notwendig, besonderen Wert auf probenschonende Messverfahren und eine hohe Nachweisempfindlichkeit zu legen. Die Raman- bzw. SERS-Spektroskopie ist hierzu in der Lage und erfordert gleichzeitig nur eine minimale Probenpräparation. Anhand der präsentierten Experimente konnte gezeigt werden, dass sich die SERS-Glasfasersonde besonders zur Untersuchung empfindlicher Proben eignet. Insbesondere erlaubt sie minimal-invasives Arbeiten an biologischen Materialien. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass die Sonde aufgrund ihrer geometrischen Beschaffenheit eine gute Ortsauflösung, bis in den Sub-Mikrometerbereich, bei den Messungen erlaubt. Daher eignet sich die Fasersonde besonders zur Untersuchung von hochempfindlichen biologischen Proben bei gleichzeitig sehr geringem Probenbedarf. Mit der optischen Gradientenfalle, als zweite Methode, hat man ein Werkzeug zur Hand, mit dem es möglich ist, einzelne Mikroorganismen oder Mikropartikel in Suspension zu vermessen. Bei Arbeit mit der optischen Gradientenfalle ist eine freie, dreidimensionale Manipulation der gefangenen Zellen im Probengefäß möglich. Auf diese Weise können einzelne Zellen über längere Zeit stabil im Laserfokus gehalten werden, wodurch längere Integrationszeiten möglich werden. Außerdem kann man auf diese Weise eine Immobilisierung der suspendierten Zellen auf einer funktionalisierten Oberfläche vermeiden, wodurch unerwünschte Effekte auf das zu messende Spektrum, wie z. B. Verschiebungen einzelner Banden oder Änderungen in den relativen Bandenintensitäten, ausgeschlossen werden können. Zur Untersuchung partikulärer Verunreinigungen ist es nicht notwendig, die Lösung aus dem Gefäß heraus zu präparieren. Vielmehr können die Mikropartikel durch die optische Gradientenfalle in der Lösung festgehalten und spektroskopisch identifiziert werden. Dies ermöglicht beispielsweise die Charakterisierung von Verunreinigungen in pharmazeutischen Lösungen, ohne dass dafür Ampullen geöffnet werden müssten. Auf diese Weise können Kontaminantien identifiziert werden, ohne Gefahr zu laufen, bei der Probenpräparation weitere Verunreinigungen zu verursachen und damit die Messungen zu verfälschen. Durch die Kombination eines Raman-mikroskopischen Aufbaus mit der SERS-Glasfasersonde bzw. der optischen Gradientenfalle ist es gelungen, Fragestellungen an biologischen Systemen in sehr Proben-schonender, aber gleichzeitig hoch-ortsauflösender Weise zu bearbeiten. Durch die Verwendung nicht-kontaminierender SERS-Sonden ist es möglich, zusätzliche Verstärkungseffekte zu erzielen. Die verwendeten Anregungslaserleistungen können daher generell niedrig gehalten werden. Dennoch erhält man aussagekräftige Spektren in einer akzeptablen Zeit. Die Zwei-Laser-Lösung für die optische Gradientenfalle stellt ein zuverlässiges Werkzeug zur berührungsfreien Manipulation kleiner Partikel bei gleichzeitiger Flexibilität in Bezug auf die Anregungswellenlänge dar.
N2  - This work deals with the development and evaluation of methods suitable for Raman spectroscopic investigations of sensitive samples and especially of biological samples. The aim of this work is to provide an instrument that allows the collection of detailed information on the constituents of a sample and their spatial distribution. These data are necessary e. g. to insure the quality assurance for pharmaceutical productions. For this purpose, two different approaches have been followed. One was the combination of a Raman spectrometer with a glass fiber probe, the other the combination of a Raman spectrometer with an optical gradient trap. Both strategies have been tested and applied to investigate biological problems. The sensitivity of biological samples as well as the low concentration of their constituents requires non-destructive measuring techniques as providing a high detection limit. Raman spectroscopy or SERS spectroscopy, respectively, provide these features together with the necessity for only minimal sample preparation. The presented experiments show rather convincingly that the SERS glass fiber probe is especially suitable for the investigation of sensitive samples. In particular this method allows for minimal invasive studies of biological material. Furthermore, it could be shown, that due to its geometrical properties the probe has a good spatial resolution allowing measurement down to the sub-micrometer region. Therefore, the fiber probe is especially suited for the investigation of extremely sensitive biological samples combined with only minimal amount of sample needed. The presented work nicely proofs that the optical gradient trap provides a tool enabling the measurement of single microorganism or micro particles in suspension. When working with the optical gradient trap a free three dimensional manipulation of the trapped cells inside the sample container is possible. In this manner, single cells could be held stable in the laser focus for a longer time period, allowing longer integration times. Furthermore, in this way an immobilization of the suspended cells on a functionalized surface can be avoided, whereby unwanted effects e. g. shifts of single bands or changes in relative band intensities, can be excluded. For the study of particulate contaminations it is not necessary to prepare the solution out of the container. Instead the microparticles can be hold and spectroscopically identified within the solution by the optical gradient trap. This, for example, allows the characterization of contaminations of pharmaceutical solutions without the necessity to open any phials. By doing so contaminations can be identified without risking further contaminations and therefore causing adulterated spectra. The combination of a micro Raman setup with a SERS glass fiber probe or an optical gradient trap allowed the study of biological systems in a sample sparing way and with a high spatial resolution. Additional signal enhancing effects can be achieved by using non contaminating SERS probes. Therefore, the applied excitation laser power can be kept low, although reasonable Raman spectra could be obtained for short acquisition times. The two laser solution for the optical gradient trap proved to be a reliable tool for the contact free manipulation of small particles in combination with flexibility in relation to the excitation wavelength. The application of two different lasers for trapping and Raman excitation provides a reliable tool for a contact free manipulation of small particles together with the possibility to chose the Raman excitation wavelength according to the investigated samples.
KW  - Biologisches Material
KW  - Raman-Spektroskopie
KW  - Oberflächenverstärkter Raman-Effekt
KW  - Raman
KW  - SERS
KW  - Fasersonde
KW  - Optische Gradientenfalle
KW  - Raman
KW  - SERS
KW  - fiber probe
KW  - optical gradient trap
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8626
ER  - 
TY  - THES
A1  - Peica, Niculina
T1  - Vibrational spectroscopy and density functional theory calculations on biological molecules
T1  - Schwingungsspektroskopie und Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen an biologischen Molekülen
N2  - Infrared (IR) and Raman spectroscopy are among the most widely used techniques in the physical and natural sciences today. Vibrational spectroscopy, including IR and Raman spectroscopy, has both a long and interesting history and an illustrious record of contributions to science. Spectroscopy in the pharmaceutical industry is dominated by techniques such as nuclear magnetic resonance (NMR) and mass spectrometry (MS) for the elucidation of chemical structures. Despite this, the versatility of infrared spectroscopy ensures it still remains a key technique in quality control laboratories, and in applications where solid form characterization or minimal sample preparation is a necessity. Raman spectroscopy has many uses in the pharmaceutical and chemical industry, but its strengths is in solid form analysis. It is regularly used to identify compounds, and results are used in the release of pharmaceutical and chemical products. This work consists of 8 chapters, which cover the vibrational spectroscopy beginning with the theory and instrumentation, continuing with the experimental setup and probes description, and completing with results and discussions of the experiments. The first chapter of this work introduces Raman spectroscopy as a dominant technique used in pharmaceutical and chemical industry. The theoretical background regarding vibrational spectroscopy (IR and Raman) is accounted for in the second chapter of this work, while the samples presentation, the experimental procedures, and the description of the apparatus together with the computational details are briefly specified in the third chapter. The fourth chapter investigates the concentration dependent wavenumber shifts and linewidth changes of tetrahydrofuran in a binary system. Many of the applications in food science rely heavily on Raman spectroscopy, often preceding the biomedical applications. The characterization and identification of food additives using Raman, surface-enhanced Raman spectroscopy, and theoretical calculations is in detail depicted in the fifth chapter, whereas in the sixth and seventh chapters the monitoring of several medicines and various lanthanide complexes with anticancer properties, respectively, employing IR and Raman techniques are treated. These last two chapters address applications of vibrational spectroscopy to pharmaceutical products, and include the use of vibrational spectroscopy in combinatorial chemistry and density functional theory, a modality increasingly used by the pharmaceutical industry for the discovery if new pharmacologically active substances.
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurden Schwingungsspektroskopie und exakte Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen (DFT, density functional theory) für Untersuchungen an einigen bekannten Klassen von Lebensmittelzusatzstoffen (Farbstoffe, Konservierungsmittel und Geschmacksverstärker), Medikamenten (entzündungshemmende Arzneimittel, Anti-Malaria-Arzneimittel) und drei verschiedenen Lanthanidkomplextypen einiger pharmazeutisch-aktiver Substanzen verwendet. Ein kurzer Teil der aktuellen Arbeit, nämlich Kapitel IV, befasst sich mit Schwingungsdephasierung der C-O und C-C Streckschwingungsmoden an dem Wasserstoffbrücken-gebunden binären System von THF und Wasser (C4H8O···HOH). Infrarot- und Raman-Schwingungsspektroskopie wurden zur Charakterisierung der Molekülstruktur im Grundzustand angewandt. Außerdem enthalten Resonanz-Raman (RR)-Spektren zusätzliche Informationen über die Molekülstruktur der resonant angeregten Zustände. Oberflächen-verstärkte Raman-Streuung (SERS) erlaubt es, die Wechselwirkungs- und die Adsorptionsstelle der aktiven Wirkstoffe an Metalloberflächen zu bestimmen. Des Weiteren wurden Dichtefunktionaltheorie- (DFT) Rechnungen zur exakten Modenzuordnung in den Schwingungsspektren durchgeführt. Die DFT-berechneten Molekülgeometrien der interessierenden Spezies stimmten sehr gut mit den Kristallstrukturdaten überein und waren zusammen mit Infrarot- und Raman-Messungen hilfreich bei der Aufklärung derjenigen Substanzstrukturen, für welche keine experimentellen Daten verfügbar waren, und dies besonders für die neuen Lanthaniden-Komplexen. Das erste Kapitel gibt eine Einführung zum Themengebiet der Arbeit. Die Beziehung der verschiedenen Projekte zu aktuellen Entwicklungen in der Forschung wird in den entsprechenden Kapiteln hergestellt. Das zweite Kapitel konzentriert sich auf die theoretischen Hintergründe der Schwingungsspektroskopie und der DFT-Rechnungen. Im dritten Kapitel werden die untersuchten Proben vorgestellt, sowie die eingesetzten experimentellen Arbeitsmethoden (Herstellung der Lösungen und der Substrate und Synthesen), die Beschreibung der Geräte und Einzelheiten zu den DFT-Rechnungen. Im vierten Kapitel wird auf die Untersuchung der Schwingungsrelaxation eingegangen, z.B. in Form der Schwingungsdephasierung, welche als nützliches Hilfsmittel zur Erforschung dynamischer Prozesse in der flüssigen Phase eingesetzt werden kann. Das Kapitel V stellt, nach einer kurzen Übersicht über die Anwendung und die Klassifizierung der Lebensmittelzusatzstoffe, eine detaillierte Untersuchung für die Charakterisierung und die Identifizierung von fünf weit verbreiteten Lebensmittelzusatzstoffen (E102, E211, E127, E132 und E621) durch Kombination von Schwingungsspektroskopie mit Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen vor. Im sechsten Kapitel werden Messungen an entzündungshemmenden und anti-Malaria-aktiven Arzneimitteln vorgestellt. Die Raman-Spektren von verschiedenen Aspirin-Tabletten können für die Differenzierung der gepufferten und ungepufferten pharmazeutischen Spezies verwendet werden. Es wurde festgestellt, dass diese zwei Spezies des Aspirin leicht unterschiedlich an der Silberoberfläche chemisorbiert sind. Die durch die Kombination beider Methoden gewonnenen vielversprechenden Ergebnisse zu den neuen, potentiell biologisch aktiven Lanthaniden-Komplexen pharmazeutisch aktiver Substanzen (Kapitel VII) überzeugten uns von der Leistungsfähigkeit der Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen als Hilfsmittel bei der Auswertung von IR- und Raman-Spektren um verschiedene interessante Problemstellungen zu lösen. Deswegen wurden die IR- und Raman-Spektren neuer potentiell biologisch aktiver Lanthaniden-Komplexe, die von unseren Kooperationspartnern synthetisiert wurden, mit Hilfe exakter Ergebnisse aus DFT-Rechnungen (Strukturparameter, harmonische Schwingungswellenzahlen, Raman-Streuaktivitäten) besprochen, und viele vorher unvollständige Zuordnungen wurden analysiert und verbessert. Die Experimente und Ergebnisse, die in dieser Arbeit präsentiert wurden, demonstrieren, dass die Schwingungsspektroskopie in Verbindung mit quantenchemischen Rechnungen für die Untersuchung molekularer Strukturen ausgezeichnet geeignet ist. Insbesonders hat sich die Rezonanz-Raman-Spektroskopie als eine nützliche Methode zum Erhalt von Informationen über die anfängliche Dynamik und die Struktur des angeregten Zustandes der photochemisch-aktiven Systeme erwiesen.
KW  - Schwingungsspektroskopie
KW  - Dichtefunktionalformalismus
KW  - Zusatzstoff
KW  - Raman
KW  - SERS
KW  - DFT-Berechnungen
KW  - Lebensmittelzusatzstoffe
KW  - Lanthanidkomplexe
KW  - Raman
KW  - SERS
KW  - DFT calculations
KW  - food additives
KW  - lanthanide complexes
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-20913
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schumm, Marcel
T1  - ZnO-based semiconductors studied by Raman spectroscopy: semimagnetic alloying, doping, and nanostructures
T1  - Ramanspektroskopische Untersuchung ZnO-basierte Halbleiter: Semimagnetische Legierung, Dotierung und Nanostrukturen
N2  - ZnO-based semiconductors were studied by Raman spectroscopy and complementary methods (e.g. XRD, EPS) with focus on semimagnetic alloying with transition metal ions, doping (especially p-type doping with nitrogen as acceptor), and nanostructures (especially wet-chemically synthesized nanoparticles).
N2  - ZnO-basierte Halbleiter wurden mittels Ramanspektroskopie und komplementärer Methoden (z.B. XRD, EPS) untersucht mit den Schwerpunkten semimagnetische Legierung mit Übergangsmetallen, Dotierung (vor allem p-Dotierung mit Stickstoff als Akzeptor) und Nanostrukturen (vor allem nass-chemisch hergestellte Nanopartikel).
KW  - Wide-gap-Halbleiter
KW  - Würzburg / Sonderforschungsbereich II-VI-Halbleiter
KW  - Verbindungshalbleiter
KW  - Zwei-Sechs-Halbleiter
KW  - Semimagnetischer Halbleiter
KW  - n-Halbleiter
KW  - Niederdimensionaler Halbleiter
KW  - p-Halbleiter
KW  - Kolloider Halbleiter
KW  - Magnetisch
KW  - Ramanspektroskopie
KW  - Raman
KW  - Zinkoxid
KW  - ZnO
KW  - DMS
KW  - Raman spectroscopy
KW  - Raman
KW  - Zinc oxide
KW  - ZnO
KW  - DMS
KW  - Diluted Magnetic Semiconductors
KW  - doping
KW  - secondary phases
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37045
ER  -