Light addressable gold electrodes

Ziel dieser Dissertation war die Herstellung von Licht unterstützten potentiometrischen Sensoren (engl. Light Amplified Potentiometric sensors, LAPS) mit Halbleiter Nanopartikeln (Quantenpunkte) anstelle einer kontinuierlichen Halbleiterschicht. Quantenpunkte (engl. Quantum Dots, QDs) eignen sich hierfür besonders aufgrund ihrer überragenden fluoreszierenden, elektrischen und katalytischen Eigenschaften. Im Gegensatz zu Sensoren mit einer kontinuierlichen Halbleiterschicht sind diese Sensoren klein, leicht und zudem ist der Stromverbrauch sehr viel geringer. Hierzu wurden die QDs auf einem Gold-Substrat (Au-Substrat) mit Hilfe von Benzo-1,4-dithiol (BDT) immobilisiert. Zunächst wurde eine selbstorganisierte Monolage (engl. self-assembled monolayer, SAM) von BDT auf dem Au-Substrat gebildet. Die Leitfähigkeit des Au-Substrates verringert sich dramatisch aufgrund des gebildeten SAM. Über die BDT-Moleküle wurden die QDs auf dem Au-Substrat verankert. Bei der Anregung der auf der Au-Oberfläche immobilisierten QDs (QD/Au) durch UV Licht werden Elektron-Loch-Paare in den QDs generiert. Oberflächendefekte der QDs führen zu langlebigen Elektron-Loch-Paaren. Bei Anlegen eines gewissen Spannung an die Au-Oberfläche können Elektronen durch die BDT Schicht tunneln und von den QDs abgegeben oder aufgenommen werden. Daher kann ein Kathoden- oder Anodenstrom, abhängig vom Richtpotential, bei gleichzeitiger Beleuchtung beobachtet werden. Ohne die Beleuchtung wirkt die QD/Au Elektrode als Isolator. Zur Verbesserung des Aufbaus wurden verschiedene Modifikationen, wie verschiedene Substrate (Au aus Lösung abgeschieden auf Glas oder Glimmer Platten und aufgedampft auf SiO2/Si Oberflächen) und verschiedene Dithiol-Moleküle (geschütztes und ungeschütztes Biphenyl-4,4-dithiol und geschütztes und ungeschütztes 4,4-Dimercaptostilbene) vorgenommen und untersucht. Auch wurden verschiedene QD Immobilisierungstechniken (normale Inkubation, Drehbeschichtung, Schichtweise Adsorption von Polyelektrolyten (engl. layer by layer assembly, LbL) und Hitzeimmobilisierung) eingesetzt. Mit diesem Aufbau können elektrochemisch verschiedene Analyten detektiert werden, je nach eingearbeiteten QDs. Cadmiumsulfid (CdS) QDs können beispielsweise 4- Aminophenol, ein Produkt der enzymatischen Reaktion von alkaliner Phosphatase mit p-Aminophenylphosphat, nachweisen. Anschließend wurde diese Reaktion mit einer CdS/Au Elektrode untersucht wobei einerseits die Enzym-Substrat Reaktion in der Elektrolytlösung stattfand und andererseits das Enzym mittels LbL auf der Oberfläche der QDs fixiert wurde. Mit einer anderen Art von CdS-FePt Dimer QDs wurde der Nachweis von Wasserstoffperoxid (H2O2) erbracht. Bei der normalen CdS/Au Elektrode wurde kein Einfluss durch H2O2 festgestellt, lediglich bei Anwesenheit von Pt innerhalb der QDs wurde H2O2 über die Redox Reaktion selbst bei einer Spannung von -100mV detektiert.