Forschung

Arbeitsgruppe Kranz

Multifunktionelle Rastersondenmikroskopie

Ein Forschungsschwerpunkt am IABC ist die Weiterentwicklung der Kombination aus der elektrochemischen Rastersondenmikroskopie (SECM) und der Rasterkraftmikroskopie (AFM). Die fundamentale Technologie, die von unserer Forschungsgruppe in den letzten Jahren etabliert worden ist, basiert auf der Integration einer elektroaktiven Elektrodenfläche in eine AFM Sonde, wobei die Elektrode von der nicht leitenden AFM Spitze zurückversetzt ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Nano- und Mikroelektroden lassen sich in AFM Spitzen integrierte Elektroden unabhängig vom Stromsignal positionieren und in einem inhärent konstanten Abstand über die Probenoberfläche rastern, während die AFM Spitze simultan die Topographie mit hoher Auflösung erfasst. Die Elektrodenoberfläche kann weiters mit beliebigen Sensorschichten zur amperometrischen oder potentiometrischen Messung modifiziert werden, da durch die AFM Spitze ein konstanter Arbeitsabstand zwischen Probenoberfläche und integrierter Elektroden gewährleistet wird. Somit erlauben multifunktionelle Rastersonden die räumlich und zeitlich korrelierte Abbildung der Topographie und der elektrochemischen Aktivität. Diese multifunktionellen Sonden werden durch Mikrofabrikation in Kombination mit fokussierter Ionenstrahltechnologie (FIB), oder durch Batchprozesse zur Produktion ganzer Wafer mit modifizierten Messsonden hergestellt. Mit diesen Verfahren lassen sich Ultramikro- und Nanoelektroden mit beliebiger Geometrie (z.B. Ring, Scheibe, etc.) und mit unterschiedlichsten Elektrodenmaterialien/-eigenschaften (z.B. Gold, Platin, Iridium, Antimon, etc.) integrieren.

Ein Hauptinteresse unserer Forschung konzentriert sich auf Anwendungen multifunktioneller Rastersondenmikroskopie in der Zellbiologie, und medizinisch relevante Analytmoleküle mit entsprechender Orts- und Zeitauflösung quantitativ an lebenden Proben (z.B. Einzellzellen, Zellensembles, Gewebekulturen, etc.) bestimmen zu können und mit topographischen Änderungen der biologischen Probe zu korellieren.

In der Anwendung konventioneller SECM Technologie konzentriert sich unsere Forschung derzeit auf abbildende elektrochemische Verfahren mittels miniaturisierter Amalgamelektroden (Au/Hg) zur Untersuchungen von Biokorrosion und auf die Anwendung von (Dual)-Mikroelektroden bzw. enzymatischen Biosensoren zur Abbildung molekularer Prozesse an Zelloberflächen.

In Erweiterung dieser Konzepte konnten wir kürzlich die Kombination von unterschiedlichen Rastersondenmikroskopien (AFM, SECM) mit der IR Spektroskopie im mittleren Infrarot zeigen, die als fundamentale Entwicklungsbasis für die nächste Generation an multifunktionellen analytischen Systemen dienen.

Aktuelle Projekte

  • Integration von Rasterkaft- und elektrochemischer Rastersondenmikroskopie (AFM-SECM) durch bifunktionale Sonden
  • Bifunktionale AFM-SECM Sonden mit integrierten amperometrischen Mikro- und Nanobiosensoren
  • Bifunktionale AFM-SECM Sonden mit integrierten potentiometrischen Mikro- und Nanosensoren
  • Funktionales AFM-SECM Imaging an Lungenepithelzellen
  • SECM mit funktionalisierten (Ultra)mikroelektroden